化学电源--优秀教案

化学电源一、考点、热点回顾1.了解电池的一般分类,2.了解常见的化学电源的种类及其原理，知道它们在生产生活和国防中的应用3.掌握几种典型化学电池的电极反应重点：掌握几种典型电池的用途和特点。难点：掌握几种典型化学电池的电极反应。二、典型例题【知识网络】常见化学电源的原理及电极反应式的书写1．一次电池(以碱性锌锰电池为例)总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。2．二次电池(1)铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)(2)二次电池充电时的电极连接3．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。介质酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O注：①燃料电池的电极不参加电极反应，外通入的燃料发生负极反应，O2发生正极反应。②书写电极反应时，注意介质的参与反应。【知识要点】几种常见的电池（化学电源）1、一次电池（干电池）放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。碱性锌锰电池构成：负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH)2；正极：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)22、二次电池①铅蓄电池放电电极反应：负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)；正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)总反应式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)+2H2O(l)充电电极反应：阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)－2e－=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)；阴极：PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)总反应方程式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)②镍一镉碱性蓄电池负极：Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2；正极：2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－总反应式：Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)23、燃料电池电池电极反应酸性电解质碱性电解质氢氧燃料电池负极2H2－4e－＝4H+2H2+4OH－－4e－＝4H2O正极O2+4H++4e－＝2H2OO2+2H2O+4e－＝4OH－总反应2H2+O2＝2H2O2H2+O2＝2H2O甲烷燃料电负极CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O正极2O2+8H++8e－＝4H2O2O2+4H2O+8e－=8OH－总反应CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O池甲醇燃料电池负极2CH3OH+2H2O－12e－=2CO2+12H+2CH3OH+16OH－－12e－=2CO32－+12H2O正极3O2+12H++12e－＝6H2O3O2+6H2O+12e－=12OH－总反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O化学电池1、概念:是将化学能转化为电能的装置①一次电池又称不可充电电池——如：干电池2、分类:②二次电池又称充电电池——蓄电池③燃料电池①能量转换效率高，供能稳定可靠3、优点:②可以制成各种形状和大小、不同电压的电池，使用方便③易维护，可在各种环境下工作。电池及其用途。面对许多原电池，我们怎样判断其优劣或适合某种需要？①比能量：［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］4、电池优劣的判断标准:②比功率：【符号是W/kg，W/L)】③比时间：电池的储存时间的长短【过渡】：展示出几种一次电池：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池、锂电池等，下面介绍常见化学电池的工作原理和化学电池的电极反应。一、一次电池1、碱性锌锰干电池：负极（锌筒）：Zn+2OH－—2e—=Zn（OH）2；正极（石墨）：正极：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－电池的总反应式为：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2【讲解分析】：比普通锌锰干电池好，比能量和储存时间有所提高，使用于大电流和连续放电，是民用电池更新换代产品。2、银锌电池：负极：Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-银锌电池充电和放电的总化学方程式为：Zn+Ag2O2Ag+ZnO【讲解分析】：正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。优点：比能量电压稳定、储存时间长，使用于小电流和连续放电，常制成微型电池或纽扣电池等，如电子表或计算器上的电池。【典型例题】：例1、1958年世界上第一个心脏起搏器在瑞典植入人体成功，使用寿命长达10年之久．这种能源起搏器中安装了寿命最长、可靠性最高的锂—碳电池．这种电池容量大，电压稳定，能在－56.7～71.1℃温度范围内正常工作，现已在火箭、移动电话、笔记本电脑中广泛使用．它采用锂和石墨作电极，四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯中(SOCl2)组成电解质溶液．电池总反应为：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S．（1）此电池中_______作负极，电极反应为_______，_______作正极．（2）该电池用于心脏起搏器时，在生理上的作用是_______。【答案】：1、C2、(1)锂,Li-e-=Li+,石墨.(2)起搏器遵循天然心脏的工作原理通过向心脏发送电脉冲以控制心脏的跳动。二、二次电池1、铅蓄电池【指导阅读】请阅读P76的图片---铅蓄电池，思考铅蓄电池的工作原理是什么？【讲解分析】铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。⑴、放电的电极反应为：负极：Pb＋SO42-－2e＝PbSO4↓正极：PbO2＋4H+＋SO42-＋2e＝PbSO4↓＋2H2O总反应式：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O【讲解分析】铅蓄电池的电压正常情况下保持，当电压下降到时，即当放电进行到硫酸浓度降低，溶液密度达3时即停止放电，而需要将蓄电池进行充电，其电极反应为：⑵充电的电极反应：阳极：PbSO4＋2H2O－2e＝PbO2＋4H+＋SO42-阴极：PbSO4＋2e＝Pb＋SO42-放电充电【过渡】目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中。但是比较笨重。因此出现了大有发展前景的燃料电池三、燃料电池【讲述】燃料电池是将燃料化学能直接转化为电能的装置。与一般电池不同的是，其所需的化学燃料并不储存了电池内部，而是从外部供应，便于燃料的补充，从而电池可以长时间甚至不间断地工作。另一方面，燃料电池除了电池本身之外，还需要燃料和氧化剂供应等配套部件与电池堆一起构成一个完整的燃料电池系统。按电解质划分，燃料电池大致上可分为：碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池等。1、氢氧燃料电池（碱性）(1)电极反应：负极：2H2+4OH——2e—=4H2O正极：O2+2H2O+2e—=4OH—(2)电池的总反应为：2H2+O2=2H2O(3)优点：能量转化率高，达70%以上，且其燃烧的产物为水，因此不污染环境。【典型例题】例2、充电电池在放电时发生的反应，在充电时又可以逆向进行，使生成物恢复原状，由此推断，“充电”时的反应是（A）A、氧化还原反应B、非氧化还原反应C、可能是氧化还原反应，也可能是非氧化还原反应D、无法判断例3、新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。写出电极反应式：【答案】负极：CH4+10OH—-8e－=CO32－+7H2O正极：2O2+4H2O+8e－=8OH－电池的总反应式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O例4、银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的充放电过程可表示为：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+2H2O那么放电时，负极上发生反应的物质是(D)A、AgB、Zn(OH)2C、Ag2OD、Zn例5、下图为氢氧燃料电池原理示意图，按此图的提示，叙述不正确的是()A．a电极是负极B．b电极的电极反应为：4OH－-4e－==2H2O+O2↑C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D．燃料电池是一种不需将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置【归纳总结】四、书写由化学方程式书写电极反应式注意点：①找出氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质；②利用电荷守恒分别写出电极反应式；③负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32－形式存在）④验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。【课堂小结】任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。氧化剂和还原剂之间转移电子要通过导线（导体）传递才能实现，这样就形成了电流，将化学能转变为电能。化学电池的反应本质是——氧化还原反应原电池电极反应式的书写1．书写要遵循的原则原电池两电极上分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子符号表示。正极反应、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。2．电极反应式的书写类型（1）根据装置书写电极反应式。首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反应即电极反应。（2）给出总反应式，写电极反应式。各类电极反应式的一般书写步骤为：①列出物质，标电子的得失；②选离子，配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。以2H2＋O22H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：◆负极反应式的书写①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，转移电子数为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：2H2－4e－＋4OH－4H2O。注意啦：在碱性溶液中，电极反应式不出现H＋。③利用H2O使两边的元素守恒，即得：2H2－4e－＋4OH－4H2O。◆正极反应式的书写①O2＋4e－2O2－。②O2＋4e－＋2H2O4OH－，注意在碱性溶液中提供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书写可充电电池电极反应式时，由于电极都参加反应，且正方向、逆方向反应都能反应，所以要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池；原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。学科！网（4）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SO42-，要写成反应后的物质如H2O、PbSO4。注意啦：解答书写有关电极反应式的题目时，应先写出总化学方程式，再找出电解质溶液的成分，最后分别写出正极反应式和负极反应式，从而作出合理的判断。依据氧化还原反应：2A