《高二化学选修四第四章《化学电源》课件（苏教版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二化学选修四第四章《化学电源》课件（苏教版）（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二第二节化学化学电源源课程标准导航课程标准导航1.了解化学电源的种类及其工作原理，知道化了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。学电源在生产、生活和国防中的实际应用。2认识化学能与电能相互转化的实际意义及认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。其重要作用。3掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。应原理，会书写电极反应式。新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、化学一、化学电池池1定定义化化学学电池池是是利利用用_原原理理，将将_变成成电能的装置。能的装置。化学能化学能原原电池池
2、2分类分类干干电池池氧化氧化还原反原反应充充电电池池蓄蓄电池池燃料和氧化燃料和氧化剂3优点点(1)化学化学电池的池的_较高，供高，供能能稳定可靠。定可靠。(2)可可以以制制成成各各种种形形状状和和大大小小、不不同同容容量量和和电压的的电池及池及电池池组。(3)使用方便，易于使用方便，易于维护。能量能量转换效率效率4判断判断电池池优劣的主要劣的主要标准准(1)比能量：即比能量：即单位位质量或量或单位体位体积所能所能_的多少。的多少。(2)比功率：即比功率：即单位位质量或量或单位体位体积所能所能_的大小。的大小。(3)电池的池的_的的长短。短。输出出电能能输出功率出功率可可储存存时间二、常见的一次
3、电池二、常见的一次电池种类种类特点特点碱性锌锰电池碱性锌锰电池银锌电池银锌电池基本构基本构造造负极：负极：_正极：正极：_电解质：电解质：_负极：负极：_正极：正极：_电解质：电解质：_ZnMnO2KOHZnAg2OKOH种类种类特点特点碱性锌锰电池碱性锌锰电池银锌电池银锌电池工工作作原原理理负极负极反应反应Zn2OH2e=Zn(OH)2Zn2OH2e=Zn(OH)2正极正极反应反应2MnO22H2O2e=2MnOOH2OHAg2OH2O2e=2Ag2OH总反总反应应Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2Ag2OZnH2O=Zn(OH)22Ag种类种类特点特点碱性锌锰电池碱性锌锰电
4、池银锌电池银锌电池性能与性能与适用范适用范围围比能量和可储存比能量和可储存时间比普通锌锰时间比普通锌锰电池均有提高，电池均有提高，适用于适用于_和和_比能量大，电压比能量大，电压稳定，储存时间稳定，储存时间长，适宜长，适宜_大大电流流连续放放电小小电流流连续放放电三、二次电池三、二次电池1铅蓄电池的构造铅蓄电池的构造氧化氧化还原原PbO2(s)Pb(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)逆逆过程程还原原氧化氧化 2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)3铅蓄电池的特点铅蓄电池的特点可重复使用，电压稳定、使用方便、安全可可重复使用，电压稳
5、定、使用方便、安全可靠、价格低廉在生产生活中应用广泛。缺点靠、价格低廉在生产生活中应用广泛。缺点是比能量低、笨重，废弃电池污染环境。是比能量低、笨重，废弃电池污染环境。四、燃料电池四、燃料电池(以氢氧燃料电池为例以氢氧燃料电池为例)1构造构造2工作原理工作原理酸性电解质酸性电解质(H2SO4)碱性电解质碱性电解质(KOH)正极正极反应反应O24e4H =2H2OO24e2H2O=4OH负极负极反应反应_总反总反应应2H2O2=2H2O2H22e=4H2H24e4OH=4H2O3.燃料燃料除除H2外，外，烃、肼、_、_、_等液体或气体。等液体或气体。氧化氧化剂：除：除纯氧气外，空气中的氧气外，空
6、气中的_也可。也可。4燃料燃料电池的池的优点点(1)能量能量转换率率_；(2)污染染_。甲醇甲醇氨氨煤气煤气O2高高小小自主体验自主体验1下列说法正确的是下列说法正确的是()A碱性锌锰电池是二次电池碱性锌锰电池是二次电池B铅蓄电池是一次电池铅蓄电池是一次电池C二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生充电使活性物质获得再生D燃料电池的活性物质储存在电池内部燃料电池的活性物质储存在电池内部解析：选解析：选C。锌锰电池是一次电源，铅蓄电。锌锰电池是一次电源，铅蓄电池是二次电池。燃料电池的电极本身不包含池是二次电池。燃料电池的电极本身不包含活性物质。活
7、性物质。C电池放池放电时，镍元素被元素被还原原D电池放池放电时，H2在在负极放极放电解解析析：选A。电池池放放电时，Ni元元素素化化合合价价降降低低被被还原原，A错，C对；充充电时，H元元素素化化合合价价从从10，化化合合价价降降低低，被被还原原，B对；放放电时，H元元素素化化合合价价升升高高，在在负极极被被氧氧化化, D对。3铅蓄蓄电池放池放电时，PbSO4()A只在正极上生成只在正极上生成B只在只在负极上生成极上生成C在两个在两个电极上生成极上生成 D在两个在两个电极上除去极上除去要要点点突突破破讲讲练练互互动动常见的燃料电池常见的燃料电池探探究究导引引1 燃燃料料电池池中中电极极和和电解
8、解质溶溶液液的的选择与一般与一般电池有何不同？池有何不同？提提示示：设计燃燃料料电池池，其其电极极和和电解解质溶溶液液的的选择与与一一般般电池池不不同同：(1)燃燃料料电池池的的电极极反反应物物为外外界界不不断断通通入入的的燃燃料料和和氧氧化化剂，电极极本本身身不不参参与与反反应，故故其其电极极可可使使用用相相同同的的惰惰性性电极极；(2)燃燃料料电池池的的电解解液液未未必必能能与与电极极反反应物物直直接接反反应，但但一一般般为酸酸或或碱碱，如如氢氧燃料氧燃料电池。池。要点归纳要点归纳特别提醒特别提醒通常燃料电池中负极为可燃性物质失电子，通常燃料电池中负极为可燃性物质失电子，正极为正极为O2得
9、电子得电子,电极材料一般为惰性电极。电极材料一般为惰性电极。在写正极反应方程式时要注意给出的电解质在写正极反应方程式时要注意给出的电解质溶液的酸碱性溶液的酸碱性,在酸性条件下在酸性条件下O24e4H=2H2O，在碱性或中性条件下，在碱性或中性条件下O24e2H2O=4OH。即时应用即时应用1燃料电池是一种新型电池，它主要是利燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在氧化过程中把化学能直接转化为电用燃料在氧化过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应是：能。氢氧燃料电池的基本反应是：X极：极：1/2O2(g)H2O(l)2e=2OH；Y极：极：H2(g)2OH2e=2H2O(l)。下列
10、判断。下列判断中正确的是中正确的是()A两电极的电极材料不能相同两电极的电极材料不能相同B该电池工作时会产生蓝色火焰该电池工作时会产生蓝色火焰C工作一段时间后电解质溶液工作一段时间后电解质溶液pH增大增大D工作时负极区附近工作时负极区附近pH变小变小解解析析：选D。燃燃料料电池池中中，电极极不不参参与与反反应,只只作作为催催化化转化化元元件件，因因此此可可以以使使用用相相同同的的惰惰性性电极极，所所以以A错误；电池池工工作作时并并不不是是H2在在燃燃烧，因因此此看看不不到到火火焰焰，所所以以B错误；氢氧氧燃燃料料电池池的的产物物为水水m电解解质溶溶液液(碱碱性性) 的的pH减减小小，所所以以C
11、错误；电池池工工作作时，负极极区区OH参参与与电极极反反应，因因此此负极极区区附附近近pH变小，故小，故D正确。正确。探究导引探究导引2 电极反极反应与与电池反池反应有何区有何区别与与联系？系？提提示示：电极极反反应是是分分别在在两两极极上上发生生的的“半半反反应”(氧氧化化反反应或或还原原反反应)，电池池反反应是是两两个个电极极反反应加加合合消消去去电子子后后的的总反反应。可可通通过电极极反反应相相加加求求电池池反反应，也也可可通通过电池池反反应减减一个一个电极反极反应求另一个求另一个电极反极反应。化学电源电极反应式的书写化学电源电极反应式的书写要点归纳要点归纳1根据给出的两个电极反应式写总
12、反应式根据给出的两个电极反应式写总反应式书写时注意使两个电极反应式得失电子数相等书写时注意使两个电极反应式得失电子数相等后相加两式，消去反应物和生成物中相同的物后相加两式，消去反应物和生成物中相同的物质即可。质即可。正极：阳离子得到电子生成单质或正极：阳离子得到电子生成单质或O2得到得到电子，若反应物是电子，若反应物是O2，则有以下规律：，则有以下规律：电解质是碱性或中性：电解质是碱性或中性：O22H2O4e=4OH；电解质是酸性：电解质是酸性：O24H4e=2H2O。(3)正负电极反应式相加得到电池反应的总反正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。应方程式。负极书写步骤为：负极书写步骤
13、为：(1)根据总电池方程式列出总式两边化合价升根据总电池方程式列出总式两边化合价升高的有关物质，标出失去电子的数目：高的有关物质，标出失去电子的数目：2H24e2H2O。(2)根据电解质溶液的酸碱性，用根据电解质溶液的酸碱性，用H或或OH或其他离子配平，使反应式两边电荷总数相或其他离子配平，使反应式两边电荷总数相等：等：2H24OH4e2H2O。此时注意：此时注意：电子带负电，电子带负电，在碱性电解质在碱性电解质溶液中，电极反应式不宜出现溶液中，电极反应式不宜出现H，如上式写，如上式写成成2H24e=4H就不对了。就不对了。(3)利用利用H2O使两边元素守恒，即使两边元素守恒，即2H24OH4
14、e=4H2O同理：正极电极反应式书写如下：同理：正极电极反应式书写如下：O24e4OHO22H2O4e=4OH将正负极电极方程式相加，若得到总反应式将正负极电极方程式相加，若得到总反应式,说明写法正确。说明写法正确。4可充电电池电极反应式的书写可充电电池电极反应式的书写可充电电池放电时为原电池，充电时为电解可充电电池放电时为原电池，充电时为电解池。池。(1)原电池的负极发生氧化反应，充电时为阴原电池的负极发生氧化反应，充电时为阴极，发生还原反应，故放电时的负极反应式极，发生还原反应，故放电时的负极反应式与充电时的阴极反应式相反。与充电时的阴极反应式相反。(2)原电池的正极发生还原反应，充电时为
15、阳原电池的正极发生还原反应，充电时为阳极，发生氧化反应，故放电时的正极反应式极，发生氧化反应，故放电时的正极反应式与充电时的阳极反应式相反。与充电时的阳极反应式相反。特别提醒特别提醒原电池电极反应均是氧化还原反应，因此电原电池电极反应均是氧化还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒的原则，两电极反应式相加得电及电荷守恒的原则，两电极反应式相加得电池总反应式。池总反应式。即时应用即时应用2可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以常以NaCl溶液或溶液或NaOH溶液为电解液，铝合溶液为电解液，铝合金为负极
16、，空气电极为正极。下列说法正确金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是的是()A以以NaCl溶液或溶液或NaOH溶液为电解液时，溶液为电解液时，正极反应都为：正极反应都为：O22H2O4e=4OHB以以NaOH溶液为电解液时，负极反应为溶液为电解液时，负极反应为: Al3OH3e=Al(OH)3C以以NaOH溶液为电解液时，电池在工作溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的过程中电解液的pH保持不变保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极向负极解解析析：选A。本本题着着重重考考查了了化化学学电池池电极极方方程程式式的的书写写及及分分析析。电解解质溶
17、溶液液显碱碱性性或或中中性性，该燃燃料料电池池的的正正极极反反应式式为O24e2H2O=4OH，A正正确确；以以NaOH作作电解解质时，负极极Al失失电子子生生成成的的Al3与与电解解质NaOH(过量量)反反应生成生成NaAlO2，题题型型探探究究权权威威预预测测二次电池的工作原理二次电池的工作原理例例例例1 1在在电池池制制备时，PbSO4的的量量是是一一定定的的，制制成成膏膏状状的的PbSO4干干燥燥后后安安装装，说明明H2SO4不不用用补充充；放放电时，H2SO4被被消消耗耗，溶溶液液中中的的H2SO4的的物物质的的量量浓度度减减小小，所所以以溶溶液液的的密密度也随之减小。度也随之减小。
18、【答案答案】A【规律律方方法法】二二次次电池池在在充充电时，正正、负电极极上上发生生的的反反应正正好好与与放放电时发生生的的反反应相相反反，因因而而充充电时，二二次次电池池的的正正极极应与与充充电电源源的的正正极极相相连接接，负极极应与与充充电电源源的的负极相极相连接。接。 (2010高考安徽卷高考安徽卷)某固体酸燃料电某固体酸燃料电池以池以CsHSO4固体为电解质传递固体为电解质传递H，其基本，其基本结构如图，电池总反应可表示为：结构如图，电池总反应可表示为：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是，下列有关说法正确的是()燃料电池燃料电池例例例例2 2A电子通过外电路从电子通过外电路从b
19、极流向极流向a极极Bb极上的电极反应式为：极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC每转移每转移0.1 mol电子，消耗电子，消耗1.12 L的的H2DH由由a极通过固体酸电解质传递到极通过固体酸电解质传递到b极极【解解析析】本本题考考查原原电池池知知识，意意在在考考查学学生生的的分分析析能能力力。该原原电池池的的化化学学原原理理是是H2被被氧氧化化，在在负极极(a极极)发生生反反应：H22e=2H，H由由a极极转移移到到b极极，D项正正确确；O2发生生还原原反反应，在在正正极极(b极极)发生生反反应：O24H4e=2H2O，则电子子从从a极极流流向向b极极，A、B两两项不不正正确确；C项
20、因因未未指指明明气气体体所所处的温度和的温度和压强强，不正确。，不正确。【答案答案】D【名师点睛名师点睛】燃料电池电极反应式书写应燃料电池电极反应式书写应注意的问题注意的问题(1)电池的负极一定是可燃性气体，失去电子电池的负极一定是可燃性气体，失去电子发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体，得到电子发生还原反应。体，得到电子发生还原反应。(2)写电极反应式时，一定要注意电解质是什写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，其中阴、阳离子要和电极反应式中出现么，其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应，在碱性电解质中，电极反应的离子相对应，在碱性电解质中
21、，电极反应式中不能出现式中不能出现H；在酸性电解质中，电极反；在酸性电解质中，电极反应式中不能出现应式中不能出现OH。(3)正、负两极的电极反应式在得失电子相等正、负两极的电极反应式在得失电子相等时相加，所得电池反应必是燃料燃烧反应和时相加，所得电池反应必是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。课课堂堂达达标标即即时时巩巩固固燃料电池在生活中的应用燃料电池在生活中的应用燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂，此中电池的能量利用率可高达和氧化剂，此中电池的能量利用率可高达80%，产物污染也少。氢氧燃
22、料电池常用于，产物污染也少。氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因是该电池的产物为水，经航天飞行器，原因是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用。过处理之后可供宇航员使用。热热点点示示例例思思维维拓拓展展经典典案案例例在在长期期载人人太太空空飞行行的的宇宇航航器器中中，每每个个宇宇航航员平平均均每每天天需需要要消消耗耗0.9 kg氧氧气气，呼呼出出1.0 kg二二氧氧化化碳碳。为了了能能保保持持飞船船座座舱内内空空气气成成分分的的稳定定，宇宇航航科科学学家家进行行了了大量的科学探索。大量的科学探索。方方法法一一：有有的的科科学学家家提提出出“金金属属过氧氧化化物物处理理系系统”，即即不不断断
23、地地将将座座舱内内的的空空气气通通过盛盛有金属有金属过氧化物氧化物(以以过氧化氧化钠为例例)的容器，的容器，并把并把处理后的气体充入座理后的气体充入座舱。有关反。有关反应的化的化学方程式学方程式为(1)_；(2)_；将；将处理后的气体充入座理后的气体充入座舱时，应注意采取的一注意采取的一项措施是措施是_。方法二：有的科学家设计了飞船内空气更新方法二：有的科学家设计了飞船内空气更新实验系统，该系统结构示意图如图：实验系统，该系统结构示意图如图：管道管道把飞船座舱内含有较多量二氧化碳的把飞船座舱内含有较多量二氧化碳的潮湿空气通入潮湿空气通入“电化学二氧化碳处理系统电化学二氧化碳处理系统”的的N极室
24、极室(O2得电子得电子)，通过该电极反应可以使，通过该电极反应可以使二氧化碳不断被吸收，该电极反应式为二氧化碳不断被吸收，该电极反应式为_，【解解析析】方方法法一一：提提示示以以Na2O2为例例处理理座座舱内内的的空空气气，所所以以反反应为Na2O2分分别与与CO2和和水水蒸蒸气气的的反反应；因因为在在处理理过程程中中消消耗耗掉了水蒸气，所以需掉了水蒸气，所以需补充水蒸气。充水蒸气。方法二：方法二：“电化学二氧化碳化学二氧化碳处理系理系统”是按是按原原电池原理池原理设计的燃料的燃料电池。池。总反反应式式为：2H2O2=2H2O。同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
