高中化學(xué) 4.2 化學(xué)電源課件 新人教版選修4.ppt

第二節(jié) 化學(xué)電源,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,1.化學(xué)電池 (1)定義:是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。化學(xué)電池的主要部分是電解質(zhì)溶液和浸在溶液中的正極和負(fù)極,使用時(shí)將兩極用導(dǎo)線接通,就有電流產(chǎn)生,因而獲得電能。,(3)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)。 單位質(zhì)量或單位體積所輸出的電能的大小:比能量,或者輸出的功率的大小:比功率。 電池儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,2.一次電池 (1)堿性鋅錳電池干電池: 堿性鋅錳電池干電池是用鋅筒外殼作負(fù)極,正極是MnO2,電解質(zhì)是氫氧化鉀。 (2)銀鋅電池紐扣電池: 正極Ag2O,負(fù)極鋅,電解質(zhì)溶液為KOH溶液,電池總反應(yīng): Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,4.氫氧燃料電池 (1)構(gòu)造:,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,(2)工作原理:,(3)燃料: 除H2外,烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體。 氧化劑:除純氧氣外,空氣中的氧氣也可。 (4)燃料電池的優(yōu)點(diǎn): 能量轉(zhuǎn)換率高; 污染小。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,深度思考 判斷下列描述的正誤(正確的畫“”,錯(cuò)誤的畫“”)。 (1)化學(xué)電源是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。 ( ) (2)干電池中碳棒為正極。 ( ) (3)鉛蓄電池屬于二次電池。 ( ) (4)氫氧燃料電池工作時(shí),發(fā)出淡藍(lán)色火焰。 ( ) (5)廢舊電池應(yīng)集中回收,并填埋處理。 ( ) (6)二次電池的性能一定比一次電池優(yōu)良。 ( ) (7)二次電池放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生,因此廢棄的二次電池對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。 ( ) (8)手機(jī)上使用的電池應(yīng)該是二次電池,而錄音機(jī)上只能用一次電池。 ( ) (9)普通鋅錳電池以及蓄電池都是一次電池。 ( ),目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,(10)鉛蓄電池放電時(shí),電解液的密度增大。 ( ) (11)鉛蓄電池在放電過程中,負(fù)極質(zhì)量減小,正極質(zhì)量增加。 ( ) (12)鉛蓄電池充電時(shí),負(fù)極與電源的正極相接,正極與電源的負(fù)極相接。 ( ) (13)氫氧燃料電池的電極方程式書寫,與電解質(zhì)溶液的酸堿性無(wú)關(guān)。 ( ),遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,一、二次電池 1.一次電池與二次電池的不同點(diǎn) 一次電池的活性物質(zhì)(發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì))消耗到一定程度,就不能使用了,如普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池等都是一次電池。 二次電池又稱充電電池或蓄電池,放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生,這類電池可以多次重復(fù)使用,如鉛蓄電池等。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,當(dāng)溶液的密度增加至1.28 gcm-3時(shí),應(yīng)停止充電。 鉛蓄電池充電或放電的總化學(xué)方程式為:,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,通過鉛蓄電池放電和充電時(shí)電極反應(yīng)式的書寫,你發(fā)現(xiàn)放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)與充電時(shí)陰極電極反應(yīng)有什么關(guān)系?放電時(shí)正極反應(yīng)與充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)有什么關(guān)系? 答案:鉛蓄電池充電時(shí)陰極反應(yīng)是放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)的逆過程;充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)是放電時(shí)正極反應(yīng)的逆過程。(注:只是逆過程,整個(gè)反應(yīng)并非可逆反應(yīng)),遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,1.市場(chǎng)上經(jīng)常見到的標(biāo)記為L(zhǎng)i-ion的電池稱為“鋰離子電池”。它的負(fù)極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料(碳作為金屬鋰的載體),電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li+的高分子材料。這種鋰離子電池的電池反應(yīng)式為:Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2。 下列說法不正確的是( ) A.放電時(shí),負(fù)極的電極反應(yīng):Li-e-=Li+ B.充電時(shí),Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng) C.該電池不能用水溶液作為電解質(zhì)溶液 D.放電過程中Li+向負(fù)極移動(dòng) 解析:在負(fù)極上Li從零價(jià)升至正價(jià)失去電子,A項(xiàng)正確;充電時(shí),反應(yīng)物只有一種,既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng),B項(xiàng)正確;由于Li可以與水反應(yīng),故電解質(zhì)應(yīng)為非水材料,C項(xiàng)正確;原電池中陽(yáng)離子應(yīng)遷移至正極,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:D,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,2.正在研究的鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池,它具有容量大等優(yōu)點(diǎn),其電池反應(yīng)為2Zn+O2=2ZnO,其原料為鋅、電解質(zhì)溶液和空氣,則下列敘述正確的是( ) A.鋅為正極,空氣進(jìn)入負(fù)極反應(yīng) B.負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-=Zn2+ C.正極發(fā)生氧化反應(yīng) D.電解質(zhì)溶液是強(qiáng)酸溶液 解析:由電池反應(yīng)知:負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)為Zn-2e-=Zn2+,由此可知A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。由于負(fù)極是較活潑的金屬鋅且產(chǎn)物為ZnO,故電解質(zhì)溶液肯定不是強(qiáng)酸,否則無(wú)論電池工作與否,鋅極很快就會(huì)被腐蝕,且酸性溶液中不會(huì)有ZnO生成,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:B,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識(shí)精要,二、燃料電池的工作原理 1.工作原理 (1)電極:所用電極一般為惰性電極。 負(fù)極:H2、烴、甲醇、肼均可作燃料,失電子發(fā)生氧化反應(yīng); 正極:空氣或O2作氧化劑得到電子; 電子沿導(dǎo)線連續(xù)不斷地把燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)電解質(zhì):所用電解質(zhì)為酸(或堿)、熔融氧化物(或熔融鹽)等。,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識(shí)精要,2.應(yīng)用實(shí)例 (1)氫氧燃料電池。 堿性電解質(zhì)溶液中的電極反應(yīng): 負(fù)極:2H2-4e-+4OH-=4H2O; 正極:O2+4e-+2H2O=4OH-。 酸性電解質(zhì)溶液中的電極反應(yīng): 負(fù)極:2H2-4e-=4H+; 正極:O2+4H+4e-=2H2O。,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識(shí)精要,(2)甲烷燃料電池。 用導(dǎo)線連接的兩個(gè)鉑電極插入電解質(zhì)溶液中,然后向兩極分別通入CH4和O2,該電池的電極反應(yīng)式: 堿性電解質(zhì)溶液中的電極反應(yīng):,正極:2O2+4H2O+8e-=8OH-。 酸性電解質(zhì)溶液中的電極反應(yīng): 負(fù)極:CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+; 正極:2O2+8H+8e-=4H2O。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,(1)氫氧燃料電池的能量利用率是100%,產(chǎn)物為水,不污染環(huán)境。正確嗎? 答案:不正確。氫氧燃料電池中產(chǎn)物為水,不污染環(huán)境,但能量利用率達(dá)不到100%。 (2)如果用稀硫酸作電解質(zhì)溶液,氫氧燃料電池在放電后溶液的pH將發(fā)生怎樣的變化? 答案:反應(yīng)過程中電解質(zhì)不被消耗,但氫氣和氧氣反應(yīng)生成水,使溶液變稀,pH增大。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,【例2】 下圖為氫氧燃料電池原理示意圖,按照此圖的提示,下列敘述不正確的是( ),A.a電極是負(fù)極 B.b電極的電極反應(yīng)為4OH-4e-=2H2O+O2 C.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源 D.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置 解析:分析氫氧燃料電池原理示意圖,可知a極為負(fù)極,其電極反應(yīng)為2H2-4e-=4H+,b極為正極,其電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-=4OH-,電池總反應(yīng)為2H2+O2=2H2O。H2為還原劑,O2為氧化劑,H2、O2不需全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi),故答案為B。 答案:B,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,1.用兩根鉑絲作電極插入KOH溶液中,再分別向兩極通入甲烷氣體和氧氣,可形成原電池燃料電池,該電池放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O,下列說法錯(cuò)誤的是( ) A.通甲烷的一極為負(fù)極,通氧氣的一極為正極 B.放電時(shí),通入O2一極附近溶液的pH升高 C.放電一段時(shí)間后,KOH的物質(zhì)的量不發(fā)生變化,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,2.固體氧化物燃料電池是由美國(guó)西屋(Westinghouse)公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯氧化釔為電解質(zhì),這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2-)在其間通過。該電池的工作原理如圖所示,其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是( ) A.有O2放電的a極為電池的負(fù)極 B.有H2放電的b極為電池的正極 C.a極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-=4OH- D.該電池的總反應(yīng)方程式為2H2+O2 2H2O,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識(shí)精要,思悟升華,方法歸納,案例探究,思悟升華,方法歸納,案例探究,解析:,答案:C,思悟升華,方法歸納,案例探究,(1)一般電極反應(yīng)式的書寫。,思悟升華,方法歸納,案例探究,(2)復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫 復(fù)雜電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-較簡(jiǎn)單一極的電極反應(yīng)式,思悟升華,方法歸納,案例探究,(1)電極反應(yīng)式類似于離子方程式,離子和化學(xué)式的書寫要求和離子方程式的書寫要求相同。 (2)“典例”中放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式的書寫順序。 找出還原劑和氧化產(chǎn)物,確定失電子總數(shù):Zn-2e-Zn(OH)2 利用電荷守恒和原子守恒完成負(fù)極的電極反應(yīng)式:Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,思悟升華,方法歸納,案例探究,