化学电源课件

1、1.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。2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。3.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。一、化学电池的分类及其优劣(1)化学电池是如何分类的？(2)化学电源的优点有哪些？1.化学电池的分类及特点(1)分类。 一次电池：如_、锌银电池、锂电池化学电池 二次电池：如_ 燃料电池：如_锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池(2)特点(将不同的化学电池与其特点连线)。2.化学电池的优点(1)能量转换效率较高，供能稳定可靠。(2)可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。(3)使用方便，易

2、于维护，可在各种环境下工作。3.判断电池优劣的主要标准(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出_的多少。(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出_的大小。(3)电池的_的长短。 电能功率可储存时间二、一次电池(1)碱性锌锰电池的电极反应式如何写？(2)银锌电池、锂电池各有什么特点？1.碱性锌锰电池(1)基本构造及工作原理。Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2元贝驾考 元贝驾考2016科目一 科目四驾考宝典网 http:/ 驾考宝典2016科目一 科目四(2)特点。碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电。2.锌银电池(1)基本构造及工作原理。(2

3、)特点。比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2Ag2O3.锂电池(1)基本构造。负极：_，正极：MnO2、CuO、FeS2等，电解质：非水溶剂。(2)特点。比能量高、电压高、工作温度宽，储存时间长。 锂三、二次电池铅蓄电池放电和充电时的反应原理分别是怎样的？有何优缺点？1.铅蓄电池的构造PbO2PbH2SO4(aq)2.铅蓄电池的工作原理放电和充电是不同条件下的正、逆反应过程Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)(1)放电时原电池。负极：_(_反应)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-

4、(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l) (_反应)总反应：PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)_放电充电Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)氧化还原(2)充电时电解池。阴极：_(_反应)阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42- (aq) (_反应)总反应：_。PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)还原氧化2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)3.铅蓄电池的优缺点(1)优点：可重复使用、电压稳定、使用方便

5、、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。(2)缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 四、燃料电池燃料电池的工作原理是怎样的？燃料电池有何优点？1.燃料电池的工作原理(1)连续地将_(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和_的化学能直接转换成电能。(2)电极材料本身_氧化还原反应。(3)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。燃料氧化剂不参与2.燃料电池的优点(1)能量转换率高,燃料电池的能量转换率超过80%，普通燃烧过程能量转换率仅30%多。(2)污染小。 1.(2012江苏高考)Zn具有还原性和导电性，可作锌锰干电池的负极材料。(

6、)分析:锌锰干电池中，锌为负极，失去电子，表现还原性，同时锌有导电性。2.废旧电池中含汞、镉、铅、镍等重金属，随意丢弃会污染环境，应对废旧电池分类回收，集中处理。( )分析:随意丢弃废旧电池会污染水体和土壤，并通过食物链最终危害人类健康，因此要对废旧电池分类回收，集中处理。3.铅蓄电池电路中转移2 mol电子时，要消耗 1 mol 硫酸。 ( )分析:铅蓄电池的负极和正极均要消耗硫酸，故当电路中转移2 mol电子时，要消耗 2 mol 硫酸。 4.氢氧燃料电池中负极氢气失去电子，正极氧气得到电子。 ( )分析:氢氧燃料电池中负极氢气失去电子发生氧化反应，正极氧气得到电子发生还原反应。5.可充电

7、电池中，放电时负极和充电时阴极都发生氧化反应。 ( )分析:可充电电池中，放电时负极发生氧化反应，但充电时阴极连接电源的负极，故阴极发生还原反应。 一、常见的燃料电池1.氢氧燃料电池(1)电池的构造。(2)不同电解质时的电极反应。 2.甲烷燃料电池用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中，然后向两极分别通入CH4和O2，该电池的反应式：(1)KOH溶液。负极：CH410OH8e=CO327H2O正极：2O24H2O8e=8OH总反应式：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O (2)H2SO4溶液。负极：CH42H2O8e=CO28H+正极：2O28H8e=4H2O总反应式：CH4+2O2

8、=CO2+2H2O【拓展延伸】其他常见的燃料电池(1)丁烷燃料电池。一个电极通入空气，一个电极通入氧气，用掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体作电解质，晶体高温时能传导O2-。负极：2C4H10-52e-+26O2-=8CO2+10H2O正极：13O2+52e-=26O2-总反应式：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O(2)乙醇燃料电池。用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液，分别向两极通入乙醇和氧气。KOH作电解质 负极：C2H5OH+16OH-12e-=2CO32-+11H2O 正极：3O2+12e-+6H2O=12OH-总反应式：C2H5OH+3O2+4OH-=2

9、CO32-+5H2O 酸作电解质 负极:C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+正极:3O2+12H+12e-=6H2O 总反应式：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O(3)熔融盐燃料电池。一极通入CO，一极通入空气和CO2混合气体，以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质。负 极:2CO+2CO32-4e-=4CO2 正 极：O2+2CO2+4e-=2CO32-总反应式:2CO+O2=2CO2 【特别提醒】(1)通常燃料电池的负极是可燃性物质失去电子，正极是氧气得电子，电极材料是惰性电极，电极本身不参与放电。(2)书写燃料电池电极反应时要特别注意电解质溶液的酸碱性对正负极

10、得失电子的物质的后续反应，若能反应，则应写出总的反应式。【典例1】(2012四川高考)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应：CH3CH2OH-4e-+H2O=CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是( )A.检测时，电解质溶液中的H+向负极移动B.若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C.电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2OD.正极上发生的反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-【思路点拨】解答该题要注意以下三点：(1)燃料电池中可燃性物质在负极失电子发生氧化反应；(2)燃料电池的正极是氧气得电子发生还原反应；(3

11、)酸性条件下H+参与反应。【解析】选C。正极反应为：O2+4H+4e-=2H2O,负极反应生成氢离子，正极上消耗氢离子，因此氢离子应该向正极移动；由正极反应式中的比例关系可知，每转移0.4 mol电子，反应掉氧气0.1 mol即2.24 L;将电池的正负极反应方程式相加即可得C项。【延伸探究】(1)检测室中电解质溶液的pH如何变化？提示：变小。因为电池反应为CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O,故溶液酸性增强，pH减小。(2)若该酒精检测仪工作环境为碱性，则正极反应如何书写？提示：正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。 二、化学电源电极反应式的书写1.根据装置书写电极反应式(1

12、)确定原电池的正负极及放电的物质。首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。(2)书写电极反应式。负极反应：规律：活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H+(或其他氧化产物)。特例：若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或H+能反应，则该阴离子应写入电极反应式，如铅蓄电池的负极反应是PbSO422e=PbSO4。正极反应：规律：阳离子得电子生成单质或氧气得电子。特例：若是氧气得电子，要考虑电解质溶液的情况。中性或碱性：O22H2O4e=4OH酸性：O24H4e=2H2O。(3)写出电池总反应方程式。结合电子守恒将正负极电极反应

13、式相加即得到电池总反应方程式。2.给出电池总反应式，写电极反应式(1)一般书写步骤为：列物质，标得失。选离子，配电荷。配个数，巧用水。两式加，验总式。(2)如以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤：负极反应式的书写：根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为H2，转移电子为4e-：2H24e-=4H+。根据电解质溶液的酸碱性，用H或OH或其他离子配平，使两边电荷总数相等即得2H24OH4e=4H2O。利用H2O使两边的元素守恒，即得：2H24e4OH=4H2O。同理，正极反应式的书写如下：O24e=2O2，O22H2O4e=4OH。注意：在碱性溶液

14、中提供H使O2变为OH的是水，要写成化学式的形式。将正、负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。3.可充电电池电极反应式的书写【特别提醒】根据给出的两个电极反应式，写总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等后再将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H和OH、Pb2和SO42，要写成反应后的物质如H2O和PbSO4。 【典例2】铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为： Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是( )A.电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为FeB.电

15、池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2C.电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D.电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2O【思路点拨】解答本题时应注意以下三点：(1)电池放电时为原电池，充电时为电解池；(2)放电时的负极反应与充电时的阴极反应相反；(3)放电时的正极反应与充电时的阳极反应相反。 【解析】选C。【方法技巧】三步法书写复杂反应的负极反应式(1)写出可燃物及燃烧产物；(2)标出中心元素的化合价，分析电子转移的数目；(3)用电解质溶液中的离子平衡电荷，配平电极反应式。【变式训练】C2H5OH燃料电池中的电解质溶液是KOH溶液，写出

16、电极反应式。负极：_。正极：_。【解析】C2H5OH燃烧的化学方程式是C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O，因为电解质是KOH，故生成的CO2与KOH反应生成K2CO3，总反应为C2H5OH+3O2+4KOH=2K2CO3+5H2O。整个反应中C2H5OH是还原剂，反应中碳元素由2价4价，O2作氧化剂，反应过程中转移12 mol电子，故负极反应是C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-11H2O，正极反应是3O2+6H2O+12e=12OH。答案:C2H5OH12e-+16OH-=2CO32-11H2O3O26H2O12e=12OH1.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( )A.锌

17、外壳是负极，石墨碳棒是正极材料 B.在外电路中电子从碳棒流向锌外壳C.电流从锌流到碳棒上 D.在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动【解析】选A。在锌锰干电池中，锌外壳是负极，石墨碳棒是正极，在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，电流的方向与电子的流向相反，电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故A正确，B、C、D错误。2.废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。其首要原因是( )A.为了利用电池外壳的金属材料 B.防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D.回收其中的石墨电极【解析】选B。废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必须进行集中处理。3

18、.镍-镉(Ni-Cd)可充电电池，可以发生如下反应：Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O，由此可知，该电池的负极材料是( )A.Cd B.NiO(OH) C.Cd(OH)2 D.Ni(OH)2【解析】选A。电池放电时属于原电池，注意给出的总电池反应式中逆向进行时为放电过程，故负极材料是失电子的物质Cd。充电放电4.(2012银川高二检测)科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电。该电池负极反应为( )A.H22OH2e=2H2O B.O24H4e=2H2OC.H22e=2H D.O22H2O4e=4

19、OH【解析】选C。负极失去电子发生氧化反应，在酸性条件下，氢气失去电子生成H，C正确。5.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列结论正确的是( )A.Pb为正极被氧化 B.溶液的pH不断减小C.SO42只向PbO2处移动 D.电子由Pb极流向PbO2极【解析】选D。由铅元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，A错误；由题给出的电极反应可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，B错误；原电池工作时，外电路中电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，阴离子移向Pb极，C错误、D正确。6.(2012杭州高二检测)航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源，燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置，它可直接将化学能转化为电能。我