专题1 化学反应中的能量变化第2单元 化学能与电能的转化 第2课时化学电源
文档属性
| 名称 | 专题1 化学反应中的能量变化第2单元 化学能与电能的转化 第2课时化学电源 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2017-05-29 15:40:35 | ||
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文档简介
课件33张PPT。第2课时 化学电源化学电池是将________转变成______的装置。化学电源化学能电能 一次 二次 燃料2．化学电池的优点
(1)化学电池的______________较高，供能稳定可靠。
(2)可以制成各种____________、不同____________的电池及电池组。
(3)使用方便，易于维护。能量转换效率 形状和大小 容量和电压 3．判断电池优劣的主要标准
(1)比能量：参与电极反应的单位质量或单位体积的电极材料__________________的大小，单位(W·h)·kg－1或 (W·h)·L－1。
(2)比功率：参与电极反应的单位质量或单位体积材料________________的大小，单位W·kg－1或W·L－1。
(3)电池的____________________的长短。放出电能输出功率可储存时间4．废旧电池的处理
________利用废旧电池，不仅可以减少对我们生存环境的________，而且也是对________的节约。
5．新型二次电池
小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。如：镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等回收破坏资源
【慎思1】 可充电电池的反应是可逆反应吗？
【答案】可充电电池有充电和放电两个过程，放电时的负极反应和充电时的阴极反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆，因此总反应在形式上也是互逆的，但因为互逆的反应是在不同条件下进行的，所以并不属于可逆反应。
【慎思2】 铅蓄电池充电时，如何与外电源相接？
【答案】铅蓄电池充电时，电池的负极变为阴极，发生还原反应，生成Pb，与电源负极相连；电池的正极变为阳极，发生氧化反应，生成PbO2，与电源正极相连。正极接正极，负极接负极。常见的化学电源
【例1】下列有关电池的叙述正确的是( )
A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
C．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
D．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能解析
答案 B 原电池的基本类型：
(1)负极参与反应的原电池：活泼金属作电极构成原电池，被腐蚀的金属作负极；(2)两电极都参加反应的电极：可充电电池是两个电极都参与反应的原电池；(3)两个电极都不参加反应的原电池：燃料电池用惰性电极作两极，分别向两极上通入参与氧化还原反应的气体，从而形成原电池。【体验1】铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为硫酸。工作(放电)时该电池的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
试根据上述情况判断：
(1)蓄电池的负极材料是__________。
(2)工作时，正极反应为_________________________。
(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向______极。
(5)电流方向从______极流向______极。化学电源电极反应式的书写
②正极：阳离子得到电子生成单质，若反应物是O2，则有以下规律：
电解质是碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
电解质是酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。3．给出总反应式，写电极反应式
(1)书写步骤：①列物质，标得失；②选离子，配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。
(2)以氢氧燃料电池为例说明如下：
已知电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。电解质溶液为KOH溶液，试写出两极反应式。
负极书写步骤为：①根据总电池方程式列出总式两边化合价升高的有关物质，标出失去电子的数目：2H2－4e－===2H2O。
②根据电解质溶液的酸碱性，用H＋或OH－或其他离子配平，使反应式两边电荷总数相等。
2H2＋4OH－－4e－===2H2O
此时注意：电子带负电；在碱性电解质溶液中，电极反应式不宜出现H＋，如上式写成2H2－4e－===4H＋就不对了。
③利用H2O使两边元素守恒，即2H2＋4OH－－4e－===4H2O
同理，正极电极反应式书写如下：
①O2＋4e－===2H2O
②O2＋4e－===2H2O＋4OH－
③O2＋2H2O＋4e－===4OH－
将正、负极电极方程式相加，若得到总反应式，说明写法正确。
4．可充电电池电极反应式的书写
(1)原电池的负极发生氧化反应，充电时为阴极，发生还原反应，故放电时的负极反应式与充电时的阴极反应式相反。
(2)原电池的正极发生还原反应，充电时为阳极，发生氧化反应，故放电时的正极反应式与充电时的阳极反应式相反。【例2】飞船上使用的氢氧燃料电池的两个电极均由多孔性碳制成。通入的气体由空隙中逸出，并在电极表面放电，总反应式为2H2＋O2===2H2O。
(1)以KOH溶液为电解质构成燃料电池，则负极通入________，电极反应式为_________________________，
正极通入________，电极反应式为________________。
(2)如把KOH溶液改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式负极为_____________________，正极为________________。
(3)如把KOH溶液改为NaCl溶液作电解质，则电极反应式负极为_______________，正极为____________________。
(4)(1)和(2)的电解液不同，反应进行后其溶液的pH变化依次为________，________。
解析 根据原电池的反应原理，氢氧燃料电池总反应式为2H2＋O2===2H2O，因负极被氧化，正极被还原，即H2被氧化，通入H2的电极为负极；O2被还原，即通入O2的电极为正极。在碱性溶液中H2失去电子生成的H＋要与OH－反应，在酸性溶液中O2得电子生成O2－要与H＋反应，中性和碱性溶液中O2－要与H2O反应。
答案 (1)H2 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O
(3)2H2－4e－===4H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(4)变小 变大原电池电极反应均是氧化还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒的原则，两电极反应式相加得电池总反应式。【体验2】（双选）燃料电池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧气或空气反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质通常是KOH溶液。则下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式为CH4+10OHi-8e- ===CO2-3+7H2O
B．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大
C．随着反应进行，电解质溶液碱性不变
D．该电池的总反应与甲烷燃烧的反应方程式相同，反应式为CH4＋2O2===CO2+2H2O
【答案】AB
【解释】本题考查燃料电池的反应原理、电极反应式的书写等知识。对于该燃料电池，负极CH4失电子被氧化，其中产物之一应是CO2，但在KOH溶液中，一定会变为CO2-3。故电极反应为CH4+10OH--8e-==CO2-3+7H2O，正极O2得电子被还原，生成物应与电池中电解质溶液相关。电极反应为O2+2H2O+4e-==4OH-；将两个电极反应式相加，即可得到总反应式为CH4+2OH-+2O2==CO2-3+3H2O。可见随着反应的进行，电解质溶液中c（OH-）不断减小。【案例】 探究准备：新鲜水果若干(苹果、柠檬或橘子等)，锌片、铜片若干，灯泡、导线、砂纸。
探究过程：(1)用砂纸将锌片和铜片磨光，然后平行地插入水果中，用导线连接锌片和铜片。
(2)用舌头同时轻触锌片和铜片，舌头稍有发麻和刺痛的感觉，这证明你的制作是成功的。实验探究四 “水果电池”的制作与应用 (3)锌片和铜片分别作电池的两极，用导线与小灯泡串联，小灯泡会不会发光呢？可能会让你失望，小灯泡没亮！可能是因为一个水果电池的电压不够的原因，多串联几个看看。如上图，当“水果电池”增加到一定数目，灯泡就亮了。
探究结论：水果与锌片、铜片也能构成原电池，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】锌片作负极、铜片作正极形成了原电池，水果的果汁是电解质溶液
(1)化学电池的______________较高，供能稳定可靠。
(2)可以制成各种____________、不同____________的电池及电池组。
(3)使用方便，易于维护。能量转换效率 形状和大小 容量和电压 3．判断电池优劣的主要标准
(1)比能量：参与电极反应的单位质量或单位体积的电极材料__________________的大小，单位(W·h)·kg－1或 (W·h)·L－1。
(2)比功率：参与电极反应的单位质量或单位体积材料________________的大小，单位W·kg－1或W·L－1。
(3)电池的____________________的长短。放出电能输出功率可储存时间4．废旧电池的处理
________利用废旧电池，不仅可以减少对我们生存环境的________，而且也是对________的节约。
5．新型二次电池
小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。如：镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等回收破坏资源
【慎思1】 可充电电池的反应是可逆反应吗？
【答案】可充电电池有充电和放电两个过程，放电时的负极反应和充电时的阴极反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆，因此总反应在形式上也是互逆的，但因为互逆的反应是在不同条件下进行的，所以并不属于可逆反应。
【慎思2】 铅蓄电池充电时，如何与外电源相接？
【答案】铅蓄电池充电时，电池的负极变为阴极，发生还原反应，生成Pb，与电源负极相连；电池的正极变为阳极，发生氧化反应，生成PbO2，与电源正极相连。正极接正极，负极接负极。常见的化学电源
【例1】下列有关电池的叙述正确的是( )
A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
C．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
D．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能解析
答案 B 原电池的基本类型：
(1)负极参与反应的原电池：活泼金属作电极构成原电池，被腐蚀的金属作负极；(2)两电极都参加反应的电极：可充电电池是两个电极都参与反应的原电池；(3)两个电极都不参加反应的原电池：燃料电池用惰性电极作两极，分别向两极上通入参与氧化还原反应的气体，从而形成原电池。【体验1】铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为硫酸。工作(放电)时该电池的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
试根据上述情况判断：
(1)蓄电池的负极材料是__________。
(2)工作时，正极反应为_________________________。
(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向______极。
(5)电流方向从______极流向______极。化学电源电极反应式的书写
②正极：阳离子得到电子生成单质，若反应物是O2，则有以下规律：
电解质是碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
电解质是酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。3．给出总反应式，写电极反应式
(1)书写步骤：①列物质，标得失；②选离子，配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。
(2)以氢氧燃料电池为例说明如下：
已知电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。电解质溶液为KOH溶液，试写出两极反应式。
负极书写步骤为：①根据总电池方程式列出总式两边化合价升高的有关物质，标出失去电子的数目：2H2－4e－===2H2O。
②根据电解质溶液的酸碱性，用H＋或OH－或其他离子配平，使反应式两边电荷总数相等。
2H2＋4OH－－4e－===2H2O
此时注意：电子带负电；在碱性电解质溶液中，电极反应式不宜出现H＋，如上式写成2H2－4e－===4H＋就不对了。
③利用H2O使两边元素守恒，即2H2＋4OH－－4e－===4H2O
同理，正极电极反应式书写如下：
①O2＋4e－===2H2O
②O2＋4e－===2H2O＋4OH－
③O2＋2H2O＋4e－===4OH－
将正、负极电极方程式相加，若得到总反应式，说明写法正确。
4．可充电电池电极反应式的书写
(1)原电池的负极发生氧化反应，充电时为阴极，发生还原反应，故放电时的负极反应式与充电时的阴极反应式相反。
(2)原电池的正极发生还原反应，充电时为阳极，发生氧化反应，故放电时的正极反应式与充电时的阳极反应式相反。【例2】飞船上使用的氢氧燃料电池的两个电极均由多孔性碳制成。通入的气体由空隙中逸出，并在电极表面放电，总反应式为2H2＋O2===2H2O。
(1)以KOH溶液为电解质构成燃料电池，则负极通入________，电极反应式为_________________________，
正极通入________，电极反应式为________________。
(2)如把KOH溶液改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式负极为_____________________，正极为________________。
(3)如把KOH溶液改为NaCl溶液作电解质，则电极反应式负极为_______________，正极为____________________。
(4)(1)和(2)的电解液不同，反应进行后其溶液的pH变化依次为________，________。
解析 根据原电池的反应原理，氢氧燃料电池总反应式为2H2＋O2===2H2O，因负极被氧化，正极被还原，即H2被氧化，通入H2的电极为负极；O2被还原，即通入O2的电极为正极。在碱性溶液中H2失去电子生成的H＋要与OH－反应，在酸性溶液中O2得电子生成O2－要与H＋反应，中性和碱性溶液中O2－要与H2O反应。
答案 (1)H2 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O
(3)2H2－4e－===4H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(4)变小 变大原电池电极反应均是氧化还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒的原则，两电极反应式相加得电池总反应式。【体验2】（双选）燃料电池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧气或空气反应，将此反应的化学能转化为电能的装置，电解质通常是KOH溶液。则下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式为CH4+10OHi-8e- ===CO2-3+7H2O
B．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大
C．随着反应进行，电解质溶液碱性不变
D．该电池的总反应与甲烷燃烧的反应方程式相同，反应式为CH4＋2O2===CO2+2H2O
【答案】AB
【解释】本题考查燃料电池的反应原理、电极反应式的书写等知识。对于该燃料电池，负极CH4失电子被氧化，其中产物之一应是CO2，但在KOH溶液中，一定会变为CO2-3。故电极反应为CH4+10OH--8e-==CO2-3+7H2O，正极O2得电子被还原，生成物应与电池中电解质溶液相关。电极反应为O2+2H2O+4e-==4OH-；将两个电极反应式相加，即可得到总反应式为CH4+2OH-+2O2==CO2-3+3H2O。可见随着反应的进行，电解质溶液中c（OH-）不断减小。【案例】 探究准备：新鲜水果若干(苹果、柠檬或橘子等)，锌片、铜片若干，灯泡、导线、砂纸。
探究过程：(1)用砂纸将锌片和铜片磨光，然后平行地插入水果中，用导线连接锌片和铜片。
(2)用舌头同时轻触锌片和铜片，舌头稍有发麻和刺痛的感觉，这证明你的制作是成功的。实验探究四 “水果电池”的制作与应用 (3)锌片和铜片分别作电池的两极，用导线与小灯泡串联，小灯泡会不会发光呢？可能会让你失望，小灯泡没亮！可能是因为一个水果电池的电压不够的原因，多串联几个看看。如上图，当“水果电池”增加到一定数目，灯泡就亮了。
探究结论：水果与锌片、铜片也能构成原电池，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
【答案】锌片作负极、铜片作正极形成了原电池，水果的果汁是电解质溶液