苏教版选修四化学新素养导学课件：1.2 化学能与电能的转化（第2课时）

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1、,第2课时 化学电源,专题1 第二单元 化学能与电能的转化,核心素养发展目标 HEXINSUYANGFAZHANMUBIAO,1.证据推理与模型认知：通过对常见化学电源的分析，建立对原电池过程系统认识的思维模型，提高对原电池本质的认识。 2.科学态度与社会责任：增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染。,新知导学 启迪思维 探究规律,达标检测 检测评价 达标过关,内容索引 NEIRONGSUOYIN,01,新知导学,1.化学电源的分类 (1)化学电源按其反应原理常分为如下三类： 一次电池：又叫干电池， 消耗到一定程度就不能再使用。 二次电

2、池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再 使活性物质再生。 燃料电池：是利用 之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电源。 (2)化学电源按其电解质性质可分为 电池、 电池、 电池。,一、化学电源及其分类,活性物质,充电,燃料和氧化剂,中性,酸性,碱性,2.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，单位是(Wh)kg1或(Wh)L1。 (2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是Wkg1或WL1。 (3)电池可储存时间的长短。 3.化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的 和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、 等造成严重的污染

3、。废弃电池要进行回收利用。,重金属,水源,例1 下列说法中错误的是 A.干电池是以胶糊状电解液来产生直流电的一次电池 B.二次电池能连续不断地使用是因为含有的活性物质可以再生 C.氢气、甲醇、烃、肼、氨等液体或气体都可作为燃料电池的燃料 D.具有高“比能量”和高“比功率”的电池称为高能电池,解析 二次电池放电后需要再充电，只能重复使用，而不能连续不断地使用。,例2 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是 A.利用电池外壳的金属材料 B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品 D.回收其中石墨电极,

4、解析 汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。,1.一次电池 (1)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，总反应式为 Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2 。 负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 溶液； 负极反应式是 ； 正极反应式是 。,二、常见的化学电池,Zn,MnO2,KOH,Zn2OH2e=Zn(OH)2,2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH,(2)银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，总反应式为 ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。 负极反应式是 ； 正极反应式是 。,Zn2OH2e=Zn(OH)2,Ag2OH2O2e=2Ag2OH,化学电池中电

5、极反应式的书写方法及步骤 (1)分析电极反应。负极化合价升高，失电子，发生氧化反应，写出氧化产物的简单形式；正极化合价降低，得电子，发生还原反应，写出还原产物的简单形式。 (2)注意电解质环境。电极产物在电解质溶液中能稳定存在，写出产物的正确存在形式。 (3)根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。 (4)根据正负极得失电子守恒，两电极反应式相加得电池总反应。 (5)若已知电池总反应，可用电池总反应减去某一电极反应式求得另一电极反应式。,2.二次电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：,PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O,(1)负极是 ，正极是 ，电解质溶液是

6、。 (2)放电反应原理 负极反应式是 ； 正极反应式是 ； 放电过程中，负极质量的变化是 ，电解质溶液pH的变化是 。,Pb,PbO2,H2SO4溶液,增大,增大,(3)充电反应原理 阴极(发生还原反应)反应式是 ； 阳极(发生氧化反应)反应式是 ； 充电时，铅蓄电池正极与直流电源 极相连，负极与直流电源 极相连。,正,负,充电电池充电、放电的原理 (1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电和放电的反应不互为逆反应。 (2)充、放电时各电极上发生的反应,(3)充电电池电极反应式的书写 充电时阴极(或阳极)的电极反应式与该电池放

7、电时负极(或正极)的电极反应刚好相反。例如，铅蓄电池充电、放电的过程如下图所示。,注意 书写铅蓄电池电极反应式时一定要考虑电解质溶液，放电时两极生成的Pb2和电解质溶液中的 不能共存，Pb2与 结合生成PbSO4沉淀，因此将负极反应式写成Pb2e=Pb2是错误的，应写成Pb 2e=PbSO4。,3.燃料电池 氢氧燃料电池用铂作电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。 (1)氢氧燃料电池的总反应式是 。 (2)写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反应：,2H24e=4H,O24H4e=2H2O,2H24e4OH=4H2O,O22H2O4e=4OH,2H2O2=2H2O,(1)

8、燃料电池的工作原理 一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧化剂(如O2)在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。,(2)常见的四种典型燃料电池,常见化学电池的比较 (1)一次电池：活泼金属作负极，参与电极反应，放电完成后，不能再使用。 (2)二次电池：两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。 (3)燃料电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的物质分别在两极发生反应，可连续使用。,归纳总结,解析 在锂空气电池中，A(金属锂)

9、为负极，其反应式是4Li4OH4e=4LiOH； B为正极，其反应式是O24e2H2O=4OH； 总反应式是4LiO22H2O=4LiOH。原电池工作过程中，溶液中的Li(阳离子)移向B极(正极)；金属锂能与水反应，电解质中不能含有水。,例3 锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是 A.放电时Li由B极向A极移动 B.电池放电反应为4LiO22H2O=4LiOH C.B电极反应式为O24H4e=2H2O D.电解液a可以为氯化锂溶液,方法点拨根据原电池装置书写电极反应式 (1)由装置图确定原电池的正极、负极及各极反应物。 (2)若电解质溶液中的阴离子与负极产生的阳离子不共存，该阴

10、离子写入负极反应式。 (3)正极反应是溶液中的阳离子或氧化剂得到电子被还原。,例4 镍镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达1015年。其总反应式为Cd2NiOOH2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2。下列说法不正确的是 A.放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd2OH2e=Cd(OH)2 B.充电时，阳极反应为Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O C.电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小 D.该电池充电时将电能转化为化学能,解析 由电池总反应式可知：放电时负极反应式为Cd2OH2e=Cd(OH)2，负极区OH浓度减小，pH减小； 放电时正极反应式为NiOOHH2Oe=Ni(

11、OH)2OH，正极区OH浓度增大，pH增大； 充电时阳极反应式与放电时的正极反应式相反，即Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O； 二次电池放电时化学能转化为电能，充电时电能转化为化学能。,方法点拨由二次电池的总反应式书写电极反应式 (1)放电时为原电池，由总反应式中元素化合价的变化，确定负极、正极的反应物、主要产物和转移电子数目，再结合电解质溶液性质和守恒关系写出电极反应式。 (2)充电时的电极反应是放电时电极反应的逆过程，即充电的阳极反应为放电的正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电的负极反应的逆过程。,例5 写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。 (1)酸性条件下的甲烷燃料电池 总反应

12、式： ； 正极反应式： ； 负极反应式： 。 (2)碱性条件下的甲烷燃料电池 总反应式： ； 正极反应式： ； 负极反应式： 。,CH42O2=CO22H2O,2O28H8e=4H2O,CH48e2H2O=CO28H,2O24H2O8e=8OH,(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池 总反应式： ； 正极反应式： ； 负极反应式： 。,3O26H2O12e=12OH,方法点拨 (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O24e=2O2，

13、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。,有机燃料电池电极反应式书写方法 电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气或空气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。 如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。 第一步：确定生成物。 乙醇燃烧生成CO2和H2O，其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和H2O，故生成物

14、为 和H2O。,第二步：确定价态的变化及转移电子数。 乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为2， 中碳元素的化合价为4，故1 mol乙醇完全反应失去24(2)12 mol电子。 第三步：列出表达式。,第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数。 由碳原子守恒确定 的化学计量数为2， 由电荷守恒确定OH的化学计量数为16。 (注：失去12个电子，相当于带12个单位正电荷) 再由氢原子守恒确定H2O的化学计量数为11， 故负极反应式为C2H5OH16OH12e=2 11H2O。,学习小结,XUEXIXIAOJIE,02,达标检测,1,2,3,4,5,6,1.下列说法错误的是 A.氧化还原反应所释放的

15、化学能，是化学电池的能量来源 B.化学电池中的负极材料不一定参加电极反应 C.二次电池的充电和放电过程是可逆反应 D.丢弃废旧电池不但会污染环境，而且是资源的极大浪费,解析 二次电池的充电和放电，是在不同条件下发生的过程，它们不是可逆反应。,1,2,3,4,5,6,2.下列电池工作时，氧气在正极放电的是,解析 燃料电池中在正极放电的物质都是氧气。,1,2,3,4,5,6,3.某电池以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液。下列说法不正确的是 A.锌为电池的负极 B.正极反应式为2 10H6e=Fe2O35H2O C.该电池放电过程中电解质溶液浓度增大 D.电池工作时OH向负极迁移

16、,解析 以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液的电池中，锌为负极，发生反应：3Zn6e6OH=3Zn(OH)2； K2FeO4为正极，发生反应： 8H2O6e=2Fe(OH)310OH； 放电过程中有OH生成，则电解质溶液的浓度增大，OH向负极迁移。,1,2,3,4,5,6,4.(2018广东省清远调研)已知LiAl/FeS电池是一种新型的车载可充电电池，该电池采用Li交换膜。对该电池充电时，阳极的电极反应式为：Li2SFe2e=2LiFeS。下列有关该电池的说法中，正确的是 A.化合物LiAl具有强还原性，作负极材料 B.放电时，电子从LiAl极经过Li交换膜流向FeS极 C

17、.放电时发生的总反应式为：2LiFeS=Li2SFe D.为了延长电池的使用寿命，可以隔一段时间添加含电解质的水溶液,1,2,3,4,5,6,解析 LiAl是合金，不是化合物，A不正确； 放电时，电子从LiAl极经过外电路流向FeS极，B不正确； 放电时发生的总反应式为2LiFeS=Li2SFe，C正确； 负极材料易与水发生反应，故不能用电解质的水溶液，D不正确。,1,2,3,4,5,6,5.氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，H2SO4溶液作电解质溶液，正极反应为O24H4e=2H2O，负极反应为2H24e=4H。下列叙述不正确的是 A.H2在负极发生氧化反应 B.燃料电池的能量转化

18、率可达100% C.是一种高效、对环境友好的发电装置 D.供电时的总反应为2H2O2=2H2O,1,2,3,4,5,6,解析 氢氧燃料电池中H2在负极发生氧化反应，A项正确； 燃料电池中能量转化率较高，但达不到100%，B项错误； 燃料电池是一种高效、对环境友好的发电装置，C项正确； 结合正极和负极反应式可写出供电时总反应为2H2O2=2H2O，D项正确。,1,2,3,4,5,6,6.原电池是化学对人类的一项重大贡献。 (1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：,电池的负极是 (填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为 。 电池工作一段时间后电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“

19、不变”)。,a,减小,1,2,3,4,5,6,解析 甲烷在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。,1,2,3,4,5,6,(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650 下工作的燃料电池，其负极反应式为2CO 4e=4CO2。 正极反应式是 ； 总电池反应式是 。,解析 正极发生还原发应，故正极电极反应式为O22CO24e= ，根据正极反应式负极反应式总电池反应式，可推知总电池反应式应为2COO2=2CO2。,2COO2=2CO2,