2015-2016学年高中化学42化学电源课件新人教版选修4

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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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