2019-2020年高中化学 专题1 第2单元 第2课时 化学电源课件 苏教版选修4

专题1化学反应与能量变化第二单元化学能与电能的转化第2课时化学电源目标与素养：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。(科学态度与社会责任)2.学会一次电池、二次电池的反应原理，会书写电极反应式。(宏观辨识与微观探析)自主预习探新知一、化学电源的分类及特点化学电源1一次电池：只能___电，不能___电，消耗到一定程度，不能再使用。2二次电池：可反复___电和___电，充电时为_____池，放电时为_____池。3燃料电池：将_____能直接转化为___能，能量利用率高，无污染。放充充放电解原电化学电二、一次电池1．银锌钮扣电池(1)组成(2)电极反应和电池反应负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。电池反应：___________________________________。Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)22．锌锰干电池(1)组成：分为_____锌锰电池(普通锌锰干电池)和_____锌锰电池，其正极为______，负极为____，前者电解质溶液为______和______混合液，后者电解质为______。(2)电极反应和电池反应以碱性锌锰干电池为例：负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。正极：_______________________________________。电池反应：_________________________________________。酸性碱性石墨棒锌筒NH4ClZnCl2KOH2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH三、燃料电池以KOH溶液为电解质溶液，写出氢氧燃料电池的电极反应式和电池反应。电极反应(碱性环境)：负极：_________________________；H2＋2OH－－2e－===2H2O正极：_______________________；电池反应：_________________。特点：连续地将燃料和氧化剂的_______直接转化成_____，能量利用率高，排放废弃物少。12O2＋H2O＋2e－===2OH－H2＋12O2===H2O化学能电能四、二次电池1．构造与组成2．工作原理放电过程充电过程负极：_________________________；(_____反应)阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4；(_____反应)正极：_____________________________________；(____反应)阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO2－4；(_____反应)氧化还原还原氧化Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4铅蓄电池的充、放电过程：Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O3．铅蓄电池的优缺点(1)优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，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。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)Zn具有还原性和导电性，可作锌锰干电池的负极材料。()(2)锌锰干电池放电后可以再次充电使用。()(3)氢氧燃料电池的正极和负极本身都不参与电极反应。()答案：(1)√(2)×(3)√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B[二次电池，即可充电电池，所以A项对。在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，所以B项错。]3．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___________________________。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)。答案：(1)LiLi－e－===Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑核心突破攻重难化学电源电极反应式的书写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。(1)先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质。(2)书写电极反应式负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池的负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。正极：阳离子得到电子生成单质(或低价离子)，或O2得到电子，若是O2发生电极反应，则有两种情况：①电解质是碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；②电解质是酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。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＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的负极反应式的书写步骤：(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：在碱性溶液中，电极反应式不出现H＋。(3)利用元素守恒验证，即得2H2－4e－＋4OH－===4H2O。3．可充电电池电极反应式的书写在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，对应元素的化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素的化合价降低。4．给出电极反应式，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数相等后将两式相加，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】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O放电充电3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是()A．放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2B．充电时阳极反应为Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO2－4＋4H2OC[根据题给总反应式，高铁电池放电时高铁酸钠在正极得到电子，被还原。]C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极附近溶液的碱性增强电极反应式书写的两个注意点(1)在电极反应式中，只有能溶于水的强电解质才能写成离子。(2)在酸性溶液中，可发生消耗H＋和产生H＋的反应，不可能发生消耗OH－和产生OH－的反应，同理在碱性溶液中，可发生消耗OH－和产生OH－的反应，不可能发生消耗H＋和产生H＋的反应。1．某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为Fe＋NiO2＋2H2O放电充电Fe(OH)2＋Ni(OH)2，下列说法中正确的是()A．放电时，负极上发生反应的物质是FeB．放电时，正极反应是NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2C．充电时，阴极反应是Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2OD．充电时，阳极附近pH增大A[原电池的负极发生氧化反应，该原电池的负极为Fe，A项正确；该电池的正极为NiO2，发生还原反应，电极反应为NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－，B项错误；充电时，阴极发生还原反应，电极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，C项错误；充电时，阳极的电极反应为Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O，pH减小，D项错误。]常见燃料电池的比较1．常见的四种典型燃料电池名称电解质电极反应和总反应KOH正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O总反应：2H2＋O2===2H2O氢氧燃料电池H2SO4正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O负极：2H2－4e－===4H＋总反应：2H2＋O2===2H2O甲烷燃料电池KOH正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O甲醇燃料电池KOH正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋12H2O总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O肼燃料电池KOH正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O2.书写燃料电池电极反应式的三步骤【例2】(1)现有反应2H2＋O2=====KOH2H2O，要构成燃料电池，则负极通入的应是______，正极通入的应是______，电极反应式分别为_______________________、________________________。(2)如把KOH改为稀硫酸作导电物质，则电极反应式分别为____________________、____________________。(3)上述(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，(1)中溶液pH变________(填“大”或“小”，下同)，(2)中溶液pH变________。解析：解答此题的关键是弄清原电池的有关概念。(1)根据总反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，H2应在负极上反应，O2应在正极上反应，又因为是碱性溶液不可能有H＋参加或生成，故负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加反应，也不可能有OH－生成，负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)由于(1)是在碱性条件下反应，KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而(2)中为酸溶液，H2SO4不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。答案：(1)H2O2负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(3)小大(1)以C2H5OH为燃料的燃料电池在酸性、碱性电解质溶液中的负极的电极反应式是否相同？试写出。(2)已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计燃料电池？提示：(1)不同。碱性(生成碳酸盐)：C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋11H2O，酸性(生成CO2)：C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2