高中化学-4.2化学电源课件-新人教版选修4

自主学习·基础知识解疑合探·重难释疑学科素养·实验探究第二节化学电源[学习目标]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。(重难点)一、化学电池1．概念：是将化学能直接转化为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。电能化学能得到电子充电失去电子2．化学电池的分类及其特点：一次电池活性物质消耗到一定程度就不能使用，如普通的锌锰电池，碱性锌锰电池二次电池放电后可以再使活性物质获得再生，如铅蓄电池、镍镉电池燃料电池燃料，氧化剂如氢氧燃料电池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电能的多少。(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小。(3)电池的可储存时间的长短。单位质量或单位体积单位质量或单位体积1．化学电池与其他能源相比有哪些优点？【提示】化学电池的优点有：①能量转换效率高，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和电池组，使用方便；③易维护，可在各种环境下工作。2．铅蓄电池属于一次电池还是二次电池？【提示】铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池。二、几种常见化学电池1．一次电池(碱性锌锰电池)(1)构成：负极，正极，电解质。(2)电极反应：负极：正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2ZnMnO2KOHZn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22．二次电池(蓄电池)(1)构成：负极、正极，电解质(2)工作原理①放电：负极：正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)PbPbO2H2SO4溶液②充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。阴极：；阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)；总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。上述充放电反应可写成一个总反应方程式：.。PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)Pb(s)＋PbO2(s)＋3．燃料电池(1)工作原理①连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。②电极材料本身不发生氧化还原反应。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。氧化剂燃料(2)氢氧燃料电池①电极材料Pt，酸性电解质。②电极反应：负极：正极：总反应：H2－2e－===2H＋12O2＋2H＋＋2e－===H2OH2＋12O2===H2O3．燃料电池是燃料直接燃烧的过程中产生的热量发电吗？【提示】不是，燃料电池产生电流的过程并非燃料的直接燃烧，而是燃料和氧化剂(氧气)分别在原电池装置的两极上发生反应将化学能转化成电能。4．若把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质，其电极反应式怎样写？【提示】负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应：2H2＋O2===2H2O。1．易误诊断(1)碱性锌锰电池的负极材料是Zn，正极材料是MnO2。()(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。()(3)锌银电池中负极是锌，工作时发生还原反应。()(4)铅蓄电池充电时，负极与电源的正极相接，正极与电源的负极相接。()(5)氢氧燃料电池的电极反应式书写，与电解质溶液的酸碱性无关。()【答案】(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×2．下列有关电池的说法不正确的是()A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极【解析】锂离子电池可以充电，再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流从铜电极流向锌电极，而电子是由锌电极流向铜电极，B项错误；电池的实质即是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。【答案】B3．锌锰干电池的两极分别为碳棒和锌皮，在放电时电池总反应方程式可以表示为：Zn＋2MnO2＋2NH＋4Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。根据上述信息，下列结论正确的是()A．放电时正极发生反应的物质为NH＋4B．Zn为负极，碳为正极C．工作时，电子由碳极经外电路流向Zn极D．长时间连续使用该电池时，内装糊状物不会流出【解析】在电池的正极上发生的是得电子的还原反应，是总反应中氧化剂发生反应的电极。由锌锰干电池的总反应式可知，MnO2与NH＋4发生的反应为正极反应。根据原电池的工作原理可知，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极，B项正确；在外电路，电子从负极流向正极，C项错误；长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，糊状物很可能流出而腐蚀用电器，D项错误。【答案】B4．关于铅蓄电池的说法正确的是()A．在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)＋2e－B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)【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＋＋SO2－4＋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。【答案】B学生分组探究一化学电源中电极反应式的书写第1步探究——问题引入，自主探究1．已知电池总反应式和某一电极反应式，怎样书写另一电极反应式？【提示】电极反应相当于氧化还原反应(电池反应)的半反应，故某一电极反应式等于电池总反应式减另一电极反应式，即：正(负)极反应式＝电池总反应式－负(正)极反应式。2．铅蓄电池应用非常广泛，如日常生活中的电动自行车电池、汽车上的电池等，已知总反应式为：Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O。你能写出铅蓄电池放电时的正、负极的电极反应式吗？【提示】负极反应式：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O。第2步阐述——要点归纳，深化知识1．根据装置书写电极反应式(1)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。①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Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。②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：O2＋2H2O＋4e－===4OH－酸性：O2＋4H＋＋4e－===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式相加即得到电池总反应方程式。2．根据电池总反应式，写电极反应式：(1)一般书写步骤：第一步：找出还原剂和氧化剂，确定负极、正极放电的物质；第二步：利用电荷守恒写出电极反应式，注意电极上生成的新物质是否与电解质溶液发生反应，如O2－在酸性溶液中生成H2O，在碱性或中性条件下生成OH－；＋4价碳在酸性条件下生成CO2，在碱性溶液中以CO2－3形式存在。第三步：验证，将两个半反应相加，得总反应式。总反应式减去一个反应式得到另一个反应式。(2)实例：如以2H2＋O2===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：①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－：2H2－4e－===4H＋。②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2H2＋4OH－－4e－===4H2O。③利用H2O使两边的元素守恒，即得：2H2－4e－＋4OH－===4H2O。同理，正极反应式的书写如下：O2＋4e－===2O2－，O2＋2H2O＋4e－===4OH－。3．可充电电池电极反应：第3步例证——典例印证，思维深化Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为___________________________________________________。(2)电池正极发生的电极反应为________________________。(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_______________，反应的化学方程式为___________________。(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是____________________________________________________。【解析】(1)分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂(作负极)，失电子：Li－e－===Li＋。(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题给电池反应可推出产物：Cl－、S、SO2。(或用总反应减去负极反应)(3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，进而推出现象。【答案】(1)LiLi－e－===Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑(3)出现白雾，有刺激性气味气体生成SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑(4)因为构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应，SOCl2也与水反应第4步运用——精选习题，落实强化1．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。下列该电池的电极反应，正确的是()A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋B．负极反应为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋C．正极反应为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOHD．正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－【解析】在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H＋。在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn(OH)2。【答案】D2．(双选)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高而平稳，使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4放电充电MgxMo3S4；在镁原电池放电时，下列说法错误的是()A．Mg2＋向负极迁移B．正极反应为：Mo3S4＋2xe－===Mo3S2x－4C．Mo3S4发生氧化反应D．负极反应为：xMg－2xe－===xMg2＋【解析】正极反应为Mo3S4＋2xe－===Mo3S2x－4，发生还原反应，负极反应为xMg－2xe－===xMg2＋，负极产生的Mg2＋移向正极，A、C选项错误。【答案】AC3．锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是