1.2.2 化学电源-2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修第一册课件(共26张PPT)

(共26张PPT)
第二节　化学能转化为电能——电池
　
第2课时　化学电源
探究学习一 一次电池
1．化学电源的分类
(1) 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) 电池：以称可充电电池，两电极都参与电极反应，可充电、放电，循环使用。
(3) 电池：两电极都不参与电极反应，不断充入的燃料和氧化剂分别在两极发生反应。
二次
一次
燃料
称
想一想？
为什么废弃电池要进行回收利用？
使用后的废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。
2．一次电池
(1)电池构成
锌 石墨棒
锌粉
氯化铵 氯化锌
二氧化锰
氢氧化钾
(2)碱性锌锰电池总反应与电极反应
碱性锌锰电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O=2MnOOH＋ZnO
①负极反应式是 ；
②正极反应式是 。
Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O
2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－
【理解应用】
1．锌银电池示意图如图所示，请填空。
①负极反应： ；
②正极反应： ；
③总反应： 。
×
√
×
Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－
Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag
【思维模型】
由电源装置示图信息写电极反应式
(1)由装置图确定原电池的正极、负极及各极反应物和产物。通常从电极进出物质的化合价升降、电子、离子移向、电极材料本身活泼性等角度分析。
(2)寻找电解质溶液中可参与反应的离子写在反应式中，并配平电荷守恒。
(3)根据原子守恒配平其他系数。
【理解应用】
2．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn＋2MnO2＋H2O=ZnO＋2MnOOH。下列说法中错误的是(　　)
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量减少6.5 g
×
√
×
【思维模型】
由电源总反应式写电极反应式
(1)根据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。
(2)寻找电解质溶液中可参与反应的离子写在反应式中，并配平电荷守恒。
(3)根据原子守恒配平其他系数。
探究学习二 二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池。铅蓄电池的充、放电总反应为
Pb＋PbO2＋2H2SO4(aq) 2Pb SO4
(1)放电过程，作原电池：
负极： ；
正极： 。
(2)充电过程，作电解池：
阴极： ；
阳极： 。
可充电的二次电池中的放电反应与充电反应是否互为可逆反应，说明理由？
想一想？
提示 不互为可逆反应 因为可逆反应是指在相同条件下，正逆反应同时进行的反应。可充电电池放电时是自发的原电池反应，充电时是非自发的电解池反应，条件不同。
【理解应用】
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4Li＋O2＋2H2O=4LiOH
C．B电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O
D．电解液a可以为氯化锂溶液
【反思总结】
锂电池负极材料为锂，由于锂性质活泼，所以不能用水溶液做电解质溶液。
探究学习三 二次电池
1．制作一个简单的燃料电池
设计目标 选择实验用品及目的 实验装置 实验现象
获得氢气和氧气 电解水发生器：获取氢气和氧气的装置。 蒸馏水：制取氢气和氧气。 KOH溶液：增强 。 a、b两管均产生无色气体，且体积比为 。
制作氢氧燃料电池 KOH溶液：离子导体 石墨棒：做电极 U形管：发生装置 电流表、导线：检测产生的电流 电流表指针
。
导电性
1∶2
发生偏转
(2)分析氢氧燃料电池的工作原理，NaOH溶液做离子导体，写出电极反应式、化学反应方程式。
负极反应式： ；
正极反应式 ：
总反应方程式： 。
2H2－4e－＋4OH－=4H2O
O2＋2H2O＋4e－=4OH－
2H2＋O2=2H2O
【思维模型】
由电源总反应式写电极反应式
(1)根据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。
(2)寻找电解质溶液中可参与反应的离子写在反应式中，并配平电荷守恒。
(3)根据原子守恒配平其他系数。
想一想？
若选择稀硫酸代替NaOH溶液做做离子导体，写出电极反应式。
负极反应式： ；
正极反应式： 。
2H2－4e－=4H＋
O2＋4H＋＋4e－=2H2O
2．燃料电池
(1)工作原理：将反应物分别不断地输入电池的两极，通过燃料在负极发生 反应、氧化剂在正极发生 反应，实现一个相当于燃烧反应的电池反应，将化学能转化为电能。
(2)常见类型：除了氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料电池的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，它可以使用不同的电解质如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸盐、固体电解质作为离子导体。
(3)主要特点：电极不参与反应，电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料。
(4)燃料电池优点：能量利用效率高 、可连续使用和污染 等优点。
氧化
还原
高 轻
【理解应用】
1．写出下列甲烷燃料电池的电极反应式和总反应式。
(1)酸性条件燃料电池总反应式：__________________________________。
正极反应式：_______________________________；
负极反应式：_______________________________。
(2)碱性条件燃料电池总反应式：_______________________________。
正极反应式：_______________________________；
负极反应式：_______________________________。
×
√
×
CH4＋2O2=CO2＋2H2O
2O2＋8H＋＋8e－=4H2O
CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋
CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O
2O2＋4H2O＋8e－=8OH－
CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O
【理解应用】
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)燃料电池
总反应式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O 。
正极反应式：_______________________________；
负极反应式：_______________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境
总反应式：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。
正极反应式：_______________________________；
负极反应式：_______________________________。
×
√
×
2O2＋8e－=4O2－
CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O
2O2＋4CO2＋8e－=4CO 32-
CH4＋4CO32-－8e－=5CO2＋2H2O
2．用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如右图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．电极2发生氧化反应
B．电池工作时，Na＋向负极移动
C．电流由电极1经外电路流向电极2
D．电极1发生的电极反应为2NH3＋6OH－－6e－=N2＋6H2O
【理解应用】
【反思规律】
燃料电池(正极通氧气)的分析
①通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
②注意介质的成分，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
③通过介质中离子的移动方向，可以判断电池的正、负极，同时考虑该离子是否参与靠近一极的电极反应。
【基础达标】
1．下列有关化学电源的叙述错误的是(　　)
A．燃料电池就是将燃料和氧气的化学能直接转化成电能
B．电器中加入的干电池即使不使用，时间长了也会放电完毕
C．铅蓄电池中的负极是填充PbO2的铅板
D．铅蓄电池是充电电池，充电时是使放电时的氧化还原反应逆向进行
【基础达标】
2．(2019·海南高考)微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。下列说法正确的是(　　)
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．电池工作过程中，电解液中OH－向正极迁移
C．负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2
D．正极发生反应：Ag2O＋2H＋＋2e－=Ag＋H2O
【基础达标】
3．(2020甘肃张掖高二上期末联考)甲醇燃料电池结构示意图如下。甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。下列说法不正确的是(　　)
A．右电极为电池正极
B．负极电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－=CO2＋6H＋
C．b处通入空气，a处通入甲醇
D．正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－
【基础达标】
4．(2020河南郑洲高二期中)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列说法错误的是(　　)
A．电解质LiClO4在电池使用过程中减少
B．外电路的电流方向是由b极流向a极
C．电池正极反应式为MnO2＋e－＋Li＋=LiMnO2
D．不能用水代替电池中的混合有机溶剂
5．中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
(1)该电池工作时，b口通入的物质为________，c口通入的物质为________。
(2)该电池负极的电极反应式为：___________________________________。
(3)工作一段时间后，当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时，有______NA个电子转移。
【基础达标】
CH3OH　 O2　
CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋
2.4