2020版高中化学 第4章 电化学基础 第2节 化学电源课件 新人教版选修4

第四章电化学基础第二节化学电源2目标与素养：1.了解常见化学电源的种类、工作原理及应用。(变化观念与社会责任)2.掌握一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。(科学探究与模型认知)3自主预习探新知4一、化学电池的分类与优劣1．化学电池的分类及其特点52．化学电池的优点具有_____________高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点。3．判断电池优劣的主要标准(1)比能量：___________________所能输出电能的多少。(2)比功率：___________________所能输出功率的大小。(3)电池的可储存时间的长短。能量转换效率单位质量或单位体积单位质量或单位体积6二、化学电源的分类及工作原理1．一次电池(以碱性锌锰电池为例)(1)组成。正极：_______；负极：___；电解质：______。(2)工作原理负极反应：_____________________________；正极反应：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。(3)特点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电。MnO2Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2ZnKOH72．二次电池(以铅蓄电池为例)(1)组成负极：___；正极：______；电解质：____________。(2)工作原理①放电过程负极：________________________________(氧化反应)；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)。PbPbO2H2SO4溶液Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)8②充电过程阴极：________________________________；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)。(3)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。PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)93．燃料电池(以H2­O2燃料电池为例)(1)构成负极：充入___，发生氧化反应正极：充入___，发生还原反应电解质溶液：酸溶液或碱溶液(2)工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应_______________________________________正极反应____________________________________________总反应2H2＋O2===2H2OH2O2H2－2e－===2H＋H2－2e－＋2OH－===2H2O12O2＋2e－＋2H＋===H2O12O2＋2e－＋H2O===2OH－10(3)特点①连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。②电极材料本身不参与氧化还原反应。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。④能量转化率高(＞80%)，排放废物少。11[答案](1)√(2)×(3)√(4)×1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)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。()(2)二次电池的充电反应和放电反应互为可逆反应。()(3)燃料电池工作时负极应不断充入燃料，正极充入氧化剂如O2。()(4)铅蓄电池的负极反应为Pb－2e－===Pb2＋。()12[答案]B2．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()A．Li是正极，MnO2是负极B．放电时负极的反应：Li－e－===Li＋C．放电时正极的反应：MnO－2＋e－===MnO2D．电池放电时，产生高锰酸根离子13[答案]Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－3．已知锌银电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O=====KOH溶液Zn(OH)2＋2Ag，请写出电极反应式：负极：________________________________________________，正极：_______________________________________________。14核心突破攻重难15二次电池的工作原理1．放电、充电反应及充电连接2．二次电池放电原理16模型认知：二次电池电极反应书写的一般模式(1)明确两极的反应物。(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。17(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。18【典例】锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)2－4。下列说法正确的是()A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小C．放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)2－4D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L(标准状况)19C[A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动。B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)2－4===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大。C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)2－4。D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2mol电子时，消耗0.5molO2，其体积为11.2L(标准状况)。]20[答案](1)阳(2)小(3)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(1)充电时，OH－向________极移动。(2)放电时，负极附近的溶液的pH变________(填“大”或“小”)。(3)充电时，阳极反应式为________________________________。211．关于铅蓄电池的说法正确的是()A．放电时，正极发生的反应是Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)B．放电时，该电池的负极材料是铅板C．充电时，电池中硫酸的浓度不断减小D．充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)22B[A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)；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。]23C[充电时，电池的正极应与电源的正极相连。]2．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳，因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点。其中一种镁电池的反应为xMg＋Mo3S4放电充电MgxMo3S4，则镁电池放电时，下列说法错误的是()A．Mg2＋向正极迁移B．正极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S2x－4C．充电时，该电池的正极与电源的负极相连D．负极反应式为xMg－2xe－===xMg2＋24形形色色的燃料电池的工作原理以CH3OH为燃料的燃料电池电极反应式的书写1．酸性介质：负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋正极：32O2＋6e－＋6H＋===3H2O2．碱性介质：负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO2－3＋6H2O正极：32O2＋6e－＋3H2O===6OH－253．熔融Na2CO3介质：负极：CH3OH－6e－＋3CO2－3===4CO2＋2H2O正极：32O2＋6e－＋3CO2===3CO2－34．熔融氧化物介质：负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2正极：32O2＋6e－===3O2－26科学探究：燃料电池电极反应书写关键(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，书写总反应方程式时，要注意产物与电解质溶液是否发生反应，若能反应，电解质溶液要写在总反应方程式中。(2)燃料电池正极反应的本质是氧气得电子发生还原反应，即O2＋4e－===2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有着密切的关系。(3)书写燃料电池的电极反应式，一定要注意电解质的酸碱性。碱性溶液电极反应式不能出现H＋；酸性溶液电极反应式不能出现OH－。273．科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。以下判断错误的是()A．电池正极发生的反应：O2＋4e－===2O2－B．电池负极发生的反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2OC．固体电解质里的O2－的移动方向：由正极移向负极D．向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)28D[因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所以正极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极反应式是CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生O2－，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”地消耗O2－，故电池内O2－的移动方向是由正极移向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以D错误。]294．如图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是()A．分子组成为Cm(H2O)n的物质一定是糖类B．微生物所在电极区放电时发生还原反应C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区D．正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O30D[A项，分子组成为Cm(H2O)n的物质不一定是糖类，例如乙酸(C2H4O2)，错误；B项，微生物放电时，Cm(H2O)n中碳元素化合价升高失去电子，发生氧化反应，微生物所在的区域为负极区，错误；C项，原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，错误；D项，正极得到电子发生还原反应，则电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，正确。]31当堂达标提素养32C[碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池；燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是从外界不断输入电池。]1．下列说法中正确的是()A．碱性锌锰电池是二次电池B．铅蓄电池是一次电池C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生D．燃料电池的活性物质储存在电池内33[答案]C2．锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2＋2NH＋4===Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3↑＋H2O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是()A．ZnB．碳C．MnO2和NH＋4D．Zn2＋和NH3343．新型LiFePO4可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应式为：正极：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，负极：Li－e－===Li＋。下列说法中正确的是()A．充电时动力电池上标注“＋”的电极应与外接电源的正极相连B．充电时电池反应