2019-2020学年高中化学 4.2 化学电源课件 新人教版选修4

第二节化学电源一、化学电池化学电池是将_____能变成___能的装置。化学电1.化学电池的分类:2.判断电池优劣的主要标准:3.化学电池回收利用:废旧电池中含_______和酸碱等有害物质,应回收利用,既减少污染,又节约资源。重金属二、一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状,不流动,也叫做干电池。一次电池不能充电,不能反复使用。1.碱性锌锰电池与银锌电池比较:种类特点碱性锌锰电池银锌电池基本构造负极:___负极:___正极:____正极:____电解质:KOH电解质:KOHZnZnMnO2Ag2O种类特点碱性锌锰电池银锌电池工作原理负极反应____________________________________________正极反应2MnO2+2H2O+2e-====2MnOOH+2OH-_______________________总反应Zn+2MnO2+2H2O====2MnOOH+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O====Zn(OH)2+2AgZn+2OH--2e-====Zn(OH)2Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH-种类特点碱性锌锰电池银锌电池性能与适用范围比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高,适用于大电流和连续放电比能量大,电压稳定,储存时间长,适宜小电流连续放电2.锂电池:(1)基本组成:负极:___,正极:MnO2、CuO、FeS2等,电解质:非水溶剂。(2)特点:比能量高、电压高、工作温度范围广,可储存时间长。Li三、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(s)+2e-====Pb(s)+(aq);(_____反应)正极:_________________________________________________;(_____反应)阳极:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-====PbO2(s)+4H+(aq)+(aq);(_____反应)Pb(s)-2e-+(aq)====PbSO4(s)氧化还原PbO2(s)+4H+(aq)+(aq)+2e-====PbSO4(s)+2H2O(l)还原24SO24SO24SO24SO氧化放电过程充电过程总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)====2PbSO4(s)+2H2O(l)总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)====Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充、放电过程:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)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。四、燃料电池1.基本构造:2.工作原理:负极反应:______________;正极反应:_________________;总反应:2H2+O2====2H2O。2H2-4e-====4H+O2+4H++4e-====2H2O3.特点:(1)能量转换率高(超过80%)。(2)排放废弃物少,运行时噪音低。【自主检测】1.各式各样电池的迅速发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是()A.手机上用的锂离子电池属于一次电池B.锌锰干电池中,锌电极是负极C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原D.太阳能电池的主要材料为二氧化硅【解析】选B。A中锂电池属于二次电池。C中氢气在负极发生氧化反应。D中太阳能电池主要材料是硅。2.下列有关化学电池的说法中不正确的是()A.化学电池可将电能转化为化学能B.化学电池的反应基础是氧化还原反应C.可以根据比能量、比功率来判断电池的优劣D.一次电池包括干电池和蓄电池【解析】选D。化学电池充电时可以将电能转化为化学能,A正确;化学电池是原电池原理的应用,其反应基础是氧化还原反应,故B正确;判断电池优劣的标准:比能量、比功率、电池的可储存时间长短,故C正确;干电池又称不可充电电池,不可重复使用,而蓄电池可重复使用,属于二次电池,故D错误。3.据报道,锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染。其电池反应为2Zn+O2====2ZnO,原料为锌粒、电解质和空气,则下列叙述正确的是()A.锌为正极,空气进入负极反应B.负极反应为Zn-2e-====Zn2+C.正极发生氧化反应D.电解液肯定是强酸【解析】选B。A、由电池反应式可知,Zn的化合价由0价升高到+2价,被氧化,为原电池的负极,A错误;B、Zn被氧化,应为原电池的负极,电极反应为Zn-2e-====Zn2+,B正确;C、原电池的正极发生得电子的还原反应,C错误;D、在强酸性环境下,不会生成氧化锌,故电解质一定不是强酸,D错误。4.某电化学气敏传感器的工作原理如图所示,下列说法不正确的是()A.a极为负极B.b极的电极反应式为O2+4e-+2H2O====4OH-C.电子流向:a经外电路流向bD.该传感器工作一段时间后,电解质溶液的pH将变大【解析】选D。根据上述分析可知,a电极是氨气失去电子,发生氧化反应,所以a极为负极,故A正确;是氧气获得电子,发生还原反应,所以b极为正极,因为电解质溶液为KOH,所以电极反应为O2+4e-+2H2O====4OH-,故B正确;C、a极为负极电子流出,经外接导线,流向b电极(正极),故C正确;总反应方程式是4NH3+3O2====2N2+6H2O,可见KOH没有参加反应,故该传感器在工作过程中KOH的物质的量不变,但水增加所以电解质溶液pH变小,故D错误。5.汽车电源常用铅蓄电池,其放电时反应如下:PbO2+Pb+2H2SO4====2PbSO4+2H2O,下列说法正确的是()A.Pb是正极,被氧化B.PbO2失电子,发生还原反应C.负极反应是Pb+-2e-====PbSO4D.电池放电时,溶液的酸性增强24SO【解析】选C。A、从铅蓄电池的放电反应可以看出:放电过程中Pb失去电子变为Pb2+,发生氧化反应,因而Pb是负极,A错误;B、PbO2得到电子发生还原反应,被还原,B错误;C、Pb在反应中失去电子,为电池的负极,负极反应是Pb+-2e-====PbSO4,C正确;D、反应过程中消耗了H2SO4,使溶液的酸性碱弱,D错误。24SO知识点一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(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:电子带负电荷;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:(1)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。(2)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。(3)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,要写成反应后的物质,如H2O、PbSO4。24SO【素养升华】变化观念:电极反应式书写必须把握的三个注意点(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。(3)明确电解质形态是溶液的、熔盐的还是固态的;电极反应的产物与电解质溶液中的物质有没有后续反应;体系中有没有不共存的微粒存在。【知识拓展】水溶液中电极反应式书写中产物形式:产物的存在形式一定要考虑溶液的酸碱性和溶液中的离子,如CO2在碱性时就是,Al3+碱性时就是,Fe3+碱性时就是Fe(OH)3沉淀,Pb2+遇到产生沉淀等。2AlO23CO24SO【典题通关】【典例】(2018·银川高二检测)有一种“水”电池,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl====Na2Mn5O10+2AgCl,下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A.正极反应式:Ag+Cl--e-====AgClB.Na+不断向“水”电池的负极移动C.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子D.AgCl是还原产物【解析】选C。A中根据电池总反应可判断出Ag应为原电池的负极,负极发生反应的电极方反应为Ag+Cl--e-====AgCl,而不是正极反应式;B中在原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,故B错误;C中根据方程式中5molMnO2生成1molNa2Mn5O10,化合价共降低了2价,所以每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子,故C正确;D反应中Ag的化合价升高,被氧化,Ag应为原电池的负极,AgCl是氧化产物,故D错误。【延伸探究】(1)写出正极的电极反应式_______。提示:正极的电极反应式=总反应式-负极的电极反应式。5MnO2+2e-====。(2)分析电池工作时Cl-的移动方向。提示:阴离子在电池工作时移向负极。2510MnO【过关训练】(2018·临川高二检测)下图装置为某新型燃料电池的工作示意图,以HCl-NH4Cl溶液为电解质溶液。下列说法正确的是世纪金榜导学号()A.通入H2的电极为正极B.该电池的负极反应式为N2+6e-+8H+====2C.图中分离出来的A物质为NH4ClD.该电池工作一段时间后,溶液的pH减小4NH【解析】选C。由示意图可知,负极反应为3H2-6e-====6H+,正极反应为N2+6e-+8H+====2,所以A、B错误。电池总反应最终生成物质为NH4Cl,则图中分离出的A物质为NH4Cl,C正确。电池总反应为N2+3H2+2H+====2,消耗H+,所以电池工作一段时间后,溶液pH增大,D错误。4NH4NH【补偿训练】1.有一种电池,它的一个电极材料是NiO2(在碱中NiO2氧化性比O2更强,还原产物是+2价的镍的化合物),另一电极是铁,电解质溶液是21%的氢氧化钾溶液。下列对电池的叙述和有关反应正确的是()A.此电池不用密封B.铁是负极,放电时,铁失电子生成能自由移动的Fe2+,负极反应是Fe-2e-====Fe2+C.放电时,正极反应为NiO2+2e-====Ni2++2O2-D.放电时的总反应为Fe+NiO2+2H2O====Fe(OH)2+Ni(OH)2【解析】选D。因该电池的电解质溶液是KOH溶液,应防止与空气接触,否则KOH会与空气中的CO2发生反应生成K2CO3,所以A错误。在KOH溶液中,负极反应的产物是Fe(OH)2:Fe-2e-+2OH-====Fe(OH)2,正极反应为NiO2+2e-+2H2O====Ni(OH)2+2OH-,因此B、C选项是错误的。2.“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子