高中化学 第四章 第二节 化学电源课件 新人教版选修4

第四章第二节课前预习·巧设计名师课堂·一点通创新演练·大冲关设计１设计2考点一考点二课堂10分钟练习课堂5分钟归纳设计3课下30分钟演练(1)化学电池的反应本质是反应。化学能―――――――→化学电池氧化还原反应。(2)想一想，连一连。氧化还原电能一、化学电池将转化为电能的装置。1．分类化学能2．优点具有高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点。3．判断电池优劣的主要标准(1)比能量：即单位质量和单位体积所能输出电能的多少，单位“(W·h)/kg”或“(W·h)/L”。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位“W/kg”或“W/L”。(3)电池的长短。能量转化率可储存时间二、几种常见的化学电池1．一次电池(1)碱性锌锰电池：①构造：②组成：正极：；负极：；电解质：。③工作原理：负极反应：；正极反应：；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。MnO2ZnKOHZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－(2)银锌电池：①构造：②组成：负极：，正极：，电解质：。③工作原理：负极反应：；正极反应：；电池反应：。ZnAg2OKOHZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag2．二次电池(以铅蓄电池为例)(1)构造：(2)组成：正极：；负极：；电解质：。(3)工作原理：铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。PbO2H2SO4溶液Pb①放电过程的电极反应、总反应：负极：；正极：；总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O②充电过程的电极反应、总反应：阴极：(还原反应)；阳极：(氧化反应)；总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4③铅蓄电池的充、放电过程：Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O3．燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)(1)构造：(2)工作原理：负极反应：；正极反应：；电池反应：。H2－2e－===2H＋12O2＋2H＋＋2e－===H2OH2＋12O2===H2O1．想一想，连一连。a．干电池①一次电池b．铅蓄电池②二次电池c．锌锰电池③燃料电池d．氢氧燃料电池④绿色电池答案：a—①，b—②，c—①，d—③、④2．人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池，其电极反应为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据反应式判断氧化银是()A．负极被氧化B．正极被还原C．负极被还原D．正极被氧化分析：银锌电池放电时，Ag2O得到电子被还原为Ag，故Ag2O作电池的正极。答案：B3．下列化学电源属于绿色电池的是()A．干电池B．镍镉电池C．锌锰电池D．氢氧燃料电池解析：干电池、镍镉电池、锌锰电池都含有一些毒性很强的重金属，会给土壤、水源造成严重的污染，并通过食物链给人体健康造成威胁和危害。答案：D4．讨论铅蓄电池放电时，PbSO4只在负极上生成吗？分析：铅蓄电池放电时，负极：Pb(s)－2e－＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)；正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。PbSO4在两个电极上生成。答案：不是，正极和负极上均生成PbSO45．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发电，电池的负极反应式为______________________________。分析：该燃料电池中H2失去电子，产生H＋，因此通H2的电极为负极，由于该电池用H3PO4作电解质，故负极反应式为H2－2e－===2H＋。答案：H2－2e－===2H＋1．一般电极反应式的书写2．复杂电极反应式的书写复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式3．给出电极反应书写总反应方程式根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等，然后将两式相加，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SO2－4，要写成反应后的物质，如H2O、PbSO4。[例1](2011·安徽高考)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgClB．每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子C．Na＋不断向“水”电池的负极移动D．AgCl是还原产物[解析]分析元素化合价变化，推知“水电池”中Ag失去电子，作负极，电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，AgCl应为氧化产物；MnO2得到电子作正极，根据得失电子守恒，每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子；原电池工作过程中，阳离子(Na＋)应向正极运动。[答案]B若原电池正、负两极产生的阴、阳离子能与电解质溶液中的离子发生反应时，要把后续反应一并写入电极反应式中，如本题中负极反应应为Ag－e－＋Cl－===AgCl，而不是Ag－e－===Ag＋。1．工作原理(1)以H2、烃、醇、肼作燃料在负极上失电子发生氧化反应，以空气或O2作氧化剂在正极上得到电子，连续不断的把燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。(2)所用电极一般为惰性电极。(3)所用电解质为酸(或碱)、熔融氧化物(或熔融盐)等。2．应用实例(1)氢氧燃料电池：电解质负极反应正极反应总反应式酸性电解质2H2－4e－===4H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2＋O2===2H2O碱性电解质2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2===2H2O(2)烃类燃料电池：①CH4燃料电池：用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH4和O2，该电池的反应式为：负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O；正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－；总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O。②丁烷燃料电池：一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体，它在高温下能传导O2－。该电池的电极反应式为：负极：2C4H10＋26O2－－52e－===8CO2＋10H2O；正极：13O2＋52e－===26O2－；总反应式：2C4H10＋13O2=====高温8CO2＋10H2O。[例2](2012·华中师大附中高二检测)科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池的说法不．正确的是()A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极B．该电池的总反应是：C3H8＋5O2===3CO2＋4H2OC．电路中每通过5mol电子，约有5.6L标准状况下的丙烷被完全氧化D．通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为：C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O[解析]该燃料电池的化学反应原理是：C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O，C正确；通入O2的电极为正极：O2＋4e－===2O2－，产生的O2－将向负极移动，A项错。[答案]A书写燃料电池电极反应式的方法(1)电池的负极反应物是还原性物质，失去电子发生氧化反应。电池的正极反应物是氧化性物质，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么，电解质溶液的酸碱性如何，其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应。(3)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燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。(1)燃料电池是连续不断的将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的装置。(2)铅蓄电池放电时，正、负两极均消耗H2SO4，因此两极区域均生成PbSO4，H2SO4的浓度降低。(3)二次电池充、放电的区别与联系：(4)书写燃料电池的电极反应式时，要特别注意电解质溶液的酸碱性。碱性电池，电极反应式不出现H＋；酸性电池，电极反应式不出现OH－。