高中化学第4章化学反应与电能第1节原电池第2课时化学电源课件新人教版选修1

第2课时化学电源课前·基础认知课堂·重难突破随堂训练课前·基础认知一、化学电源的分类及其特点1.化学电源的分类。化学电源包括

一次电池

、

二次电池

和

燃料电池

等,它们都是根据

原电池

原理制成的。

2.化学电源的优点。(1)

能量转化

效率较高,供能稳定可靠。

(2)可以制成各种形状、大小和

容量

不同的电池及电池组。

(3)方便携带,易于维护等。3.判断一种电池优劣的主要标准——“两看”。(1)看电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少(

比能量

)或输出功率的大小(

比功率

)。

(2)看电池

可储存时间

的长短。

二、一次电池1.一次电池的特点。放电后

不可再充电

。一次电池又叫干电池,其电解质溶液为

胶

状,不流动。

2.一次电池的代表——碱性锌锰电池。(1)组成。正极:

MnO2

;负极:

Zn

;电解质:KOH。

(2)工作原理。负极反应:

Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2

;

正极反应:MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-

;

总反应:Zn+2MnO2+2H2O══2MnO(OH)+Zn(OH)2。(3)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。

三、二次电池1.二次电池的特点。放电后可以再充电而反复使用的电池。二次电池又叫

可充电

电池或蓄电池。

2.铅酸蓄电池。(1)负极板覆盖

Pb

,正极板覆盖

PbO2

,

稀硫酸

作电解质溶液。

(2)电池放电时的电极反应式如下。负极:

Pb+-2e-====PbSO4

;

正极:PbO2+4H+++2e-====PbSO4+2H2O;总反应:Pb+PbO2+2H2SO4══2PbSO4

+2H2O。电池的充电过程与其放电过程相反。(3)铅酸蓄电池的优缺点。①优点:可重复使用、

电压

稳定、使用方便、安全可靠、价格

低廉

,应用广泛。

②缺点:

比能量

低、笨重等。

3.新型蓄电池的特点。小型

化、供电方便、

工作寿命

长、不需要维护等。

四、燃料电池1.燃料电池的特点。连续地将燃料和氧化剂的

化学

能直接转化为

电

能。工作时,燃料和氧化剂连续地由

外部

供给并在

电极

上进行反应,生成物不断地被排出,从而连续不断地提供

电能

。

2.基本构造及工作原理(以酸性氢氧燃料电池为例)。负极反应:

2H2-4e-====4H+

;

正极反应:

O2+4H++4e-====2H2O

;

总反应:2H2+O2══2H2O。3.燃料电池的优点。(1)将化学能转化为电能的转化率

高

,超过80%,远高于火力发电的转化率。

(2)污染

小

。

微思考

燃料电池与燃烧有什么区别?燃料电池的两个电极材料是否必须不同?提示:燃料电池是将化学能转化为电能,燃烧是将化学能转化为热能。燃料电池的两个电极材料一般相同,常用石墨作电极。微判断

(1)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。(

)(2)二次电池的充电反应和放电反应互为可逆反应。(

)(3)燃料电池工作时负极应不断充入燃料,正极充入氧化剂,如O2。(

)(4)铅酸蓄电池的负极反应式为Pb-2e-══Pb2+。(

)√×√×微训练1.下列化学电源属于绿色电池的是(

)。A.铅酸蓄电池B.镍镉电池C.锌锰电池D.氢氧燃料电池答案:D解析:铅酸蓄电池、镍镉电池、锌锰电池都含有一些毒性很强的重金属元素,若处理不当会造成土壤、水源的严重污染;氢氧燃料电池中反应产物是水,无污染。2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾为电解质,电池总反应式为Zn+2MnO2+2H2O══2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列说法错误的是(

)。A.电池工作时,锌失去电子B.电池正极的电极反应式为MnO2+H2O+e-══MnO(OH)+OH-C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极D.外电路中每通过0.2

mol电子,锌的质量理论上减小6.5

gC解析:由所给电池的总反应式可知,电池工作时,每有1

mol

Zn参加反应,失去2

mol电子,则会有2

mol电子从负极Zn经过外电路流向正极,并在正极发生反应:2MnO2+2H2O+2e-══2MnO(OH)+2OH-,故外电路中每通过0.2

mol电子,锌的质量就减小6.5

g。3.电子表和电子计算器中所用的是纽扣式的微型锌银电池,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质为KOH。工作时电池总反应式为Ag2O+Zn+H2O══2Ag+Zn(OH)2。(1)工作时电流从

(填“Ag2O”或“Zn”,下同)极流向

极。

(2)负极的电极反应式为

。

答案:(1)Ag2O

Zn

(2)Zn+2OH--2e-══Zn(OH)2解析:(1)在反应Ag2O+Zn+H2O══2Ag+Zn(OH)2中,由化合价变化可知Zn被氧化,应为原电池的负极,则正极为Ag2O,电子由负极流向正极,电流方向与电子流向相反。(2)负极的电极反应式为Zn+2OH--2e-══Zn(OH)2。课堂·重难突破一、二次电池的工作原理重难归纳二次电池的充电过程与放电过程相反,放电时为原电池,充电时为电解池。充电时,电池的正极外接直流电源的正极,作阳极,电池的负极外接直流电源的负极,作阴极。同一电极上的电极反应式,充电与放电时在形式上恰好相反;同一电极周围的溶液,充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。归纳为下图:铅酸蓄电池是一种常用的二次电池,广泛应用于汽车用电系统。书写铅酸蓄电池的电极反应式时要考虑哪些问题?提示:(1)首先要明确电池和电极,放电时为原电池,充电时为电解池。(2)原电池的负极与电解池的阳极均发生氧化反应,失电子,所含元素化合价升高。(3)原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应,得电子,所含元素化合价降低。(4)要考虑电解质溶液中的离子参与电极反应。例如放电时的电极反应式:负极Pb+-2e-══PbSO4,正极PbO2+4H++

+2e-══PbSO4+2H2O。典例剖析铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应式为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.电池的电解质溶液为碱性溶液,正极为Ni2O3,负极为FeB.电池放电时,负极反应式为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,阳极反应式为2Ni(OH)2+2OH--2e-══Ni2O3+3H2OC解析:因为放电时的反应中有氢氧化物生成,故电解质溶液是碱性溶液,因为铁的化合价升高,镍的化合价降低,故铁是负极,氧化镍是正极,故A和B均正确;充电时的阴极反应式为Fe(OH)2+2e-══Fe+2OH-,故此时阴极附近溶液的pH增大,故C错误;根据所给的放电时的电池反应可推知D正确。学以致用1.关于铅酸蓄电池的说法正确的是(

)。A.放电时,正极发生的反应是Pb+-2e-══PbSO4B.放电时,该电池的负极材料是铅板C.充电时,电池中硫酸的浓度不断减小D.充电时,阳极发生的反应是PbSO4+2e-══Pb+答案:B解析:A项中电池放电时正极应发生还原反应,电极反应为PbO2+4H+++2e-══PbSO4+2H2O;C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大;D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。2.镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,且镁电池放电时电压高而平稳,因而越来越成为人们研制绿色电池所关注的焦点。其中一种镁电池的反应为xMg+Mo3S4MgxMo3S4,则镁电池放电时,下列说法错误的是(

)。A.Mg2+向正极迁移B.正极反应式为Mo3S4+2xe-══C.充电时,该电池的正极与电源的负极相连D.负极反应式为xMg-2xe-══xMg2+解析:充电时,电池的正极应与电源的正极相连。C二、燃料电池电极反应式的书写重难归纳以CH3OH为燃料的燃料电池电极反应式的书写。1.酸性介质。2.碱性介质。

3.熔融碳酸盐作介质。

4.熔融金属氧化物作介质。

燃料电池种类很多,可作燃料电池的燃料的有氢气、烃类(如甲烷)、肼(联氨)、氨、CO、醇类(如甲醇)等,可以是酸、碱、熔融碳酸盐或氧化物等电解质作离子导体,发展前景广阔。书写燃料电池的电极反应式和总反应式要注意哪些问题?提示:(1)在电池的负极反应的物质一定是可燃物,燃料失电子发生氧化反应。电池的正极多为氧气或空气,得电子,发生还原反应。(2)电极材料一般不参加化学反应,只作电池反应物的载体。(3)正、负两极的电极反应式在得失电子守恒的前提下,相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加。典例剖析科技工作者制造了一种甲烷燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入甲烷,通过掺杂了Y2O3的ZrO2晶体在高温下传导O2-。以下判断错误的是(

)。A.电池正极发生的反应:O2+4e-══2O2-B.电池负极发生的反应:CH4+4O2--8e-══CO2+2H2OC.固体电解质里的O2-的移动方向:由正极移向负极D.向外电路释放电子的电极:正极(即电子由正极流向负极)答案:D解析:因为放电时,电池正极发生还原反应(元素化合价降低),负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所以正极反应式是O2+4e-══2O2-,负极反应式是CH4+4O2--8e-══CO2+2H2O。由上述电池的正、负极反应式可以看出,正极反应“源源不断”地产生O2-,负极反应要持续进行,则需要“持续不断”地消耗O2-,故电池内O2-的移动方向是由正极移向负极。电池的负极发生氧化反应,失去电子,故外电路电子从负极流出,D项错误。【拓展延伸】

对于甲烷燃料电池,电解质溶液如果是KOH溶液,则电极反应式如何书写?答案:正极:2O2+4H2O+8e-══8OH-负极:CH4+10OH--8e-══

+7H2O总反应:CH4+2O2+2KOH══K2CO3+3H2O方法归纳燃料电池电极反应的书写关键。

(1)书写总反应方程式时,要注意燃料燃烧产物与电解质溶液是否发生反应,若能反应,电解质溶液要写在总反应方程式中。

(2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应,即O2+4e-══2O2-,产生的O2-存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系,在酸性溶液中转化为H2O,在碱性溶液中转化为OH-,在熔融的碳酸盐中转化为

。(3)书写燃料电池的电极反应式,一定要注意电解质溶液的酸碱性。碱性溶液电极反应式中不能出现H+,酸性溶液电极反应式中不能出现OH-。学以致用一种微生物燃料电池结构示意图如图所示,关于该电池叙述正确的是(

)。A.分子组成为Cm(H2O)n的物质一定是糖类B.微生物所在电极区放电时发生还原反应C.放电过程中,H+从正极区移向负极区D.正极反应式为MnO2+4H++2e-══Mn2++2H2OD解析:A项,分子组成为Cm(H2O)n的物质不一定是糖类,例如乙酸(C2H4O2),错误;B项,微生物放电时,Cm(H2O)n中碳元素化合价升高,发生氧化反应,微生物所在的区域为负极区,错误;C项,原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,错误;D项,正极得到电子发生还原反应,则电极反应式为MnO2+4H++2e-══Mn2++2H2O,正确。随堂训练1.下列有关化学电源的叙述正确的是(

)。A.铅酸蓄电池充电时的阳极产物为PbO2B.锌锰干电池中碳棒为负极C.燃料电池在工作时需要点燃引发反应D.氧化还原反应都可以设计成原电池答案:A解析:铅酸蓄电池充电时,阳极上硫酸铅失电子发生氧化反应,电极反应式为PbSO4+2H2O-2e-══PbO2++4H+,则铅酸蓄电池充电时的阳极产物为PbO2,A项正确;原电池中失电子的一极为负极,则锌锰干电池中锌为负极,碳棒为正极,B项错误;燃料电池中燃料与氧气分别在两个电极上反应,燃料与氧气不接触,不发生燃烧反应,不需要点燃引发反应,C项错误;自发的氧化还原反应可以设计成原电池,非自发的氧化还原反应不能设计成原电池,D项错误。2.下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是(

)。A.电池Ⅰ中锌是正极B.电池Ⅱ是一次电池C.电池Ⅲ工作时,氢气发生还原反应D.电池Ⅳ工作时,电子由锌通过导线流向石墨棒答案:D解析:电池Ⅰ中锌是负极;电池Ⅱ是铅酸蓄电池,属于二次电池;电池Ⅲ工作时,负极氢气发生氧化反应;电池Ⅳ中,锌作负极,工作时电子流出到石墨棒,D项正确。3.新型LiFePO4可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应式:正极为FePO4+Li++e-══LiFePO4,负极为Li-e-══Li+。下列说法中正确的是(

)。A.充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极相连B.充电时电池反应为FePO4+Li++e-══LiFePO4C.放电时电池内部Li+向负极移动D.放电时,在正极上Li+得电子被还原A解析:充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极相连,发生氧化反应:LiFePO4-e-══FePO4+Li+,A项正确;放电时电池反应式为FePO4+Li══LiFePO4,则充电时电池反应式为LiFePO4══FePO4+Li,B项错误;放电时电池内部Li+向正极移动,C项错误;放电时,在正极上FePO4得电子被还原,D项错误。4.某燃料电池主要构成要素如图所示,下列说法正确的是(

)。A.电池可用于乙醛的制备B.b电极为正极C.电池工作时,a电极附近pH降低D.a电极的电极反应式为O2+4e--4H+══2H2O答案:A解析:该电池将乙烯和水转化为了乙醛,可用于乙醛的制备,A项正确;该燃料电池中,乙烯和水发生氧化反应,所以通入乙烯和水的电极是负极;氧气易得电子发生还原反应,所以通入氧气的电极是正极。由图可知负极上乙烯和水生成乙醛和氢离子,氢离子移向正极,正极上氧气和氢离子反应生成水,X为水,a电极为正极,b电极为负极