高中化學 第4章 電化學基礎(chǔ) 第2節(jié) 化學電源課件 新人教版選修4.ppt

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成才之路 化學,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 選修④,電化學基礎(chǔ),第四章,第二節(jié) 化學電源,第四章,現(xiàn)在，各種各樣的電池特別多，像手電筒上用的干電池，手機上用的鋰電池，汽車上用的蓄電池，還有新型環(huán)保公交車上的燃料電池等，種類繁多。你知道化學電池是怎樣分類的嗎？,,電源是能夠?qū)嶋H應(yīng)用的原電池。作為化學電源的電池有一次電池、可充電電池和燃料電池等。一次電池只能放電不能充電，使用后即棄去，因此可能造成環(huán)境污染。可充電電池也稱為二次電池，可以反復(fù)充電和放電，是電池發(fā)展的一個重要方向。,●新知導(dǎo)學,原電池,化學能,電能,一次 二次 燃料,能量轉(zhuǎn)換效率,形狀和大小,容量,電壓,輸出電能,輸出功率,可儲存時間,鋅片,MnO2,KOH,Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2,2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－,Zn＋2MnO2＋2H2O=== 2MnOOH＋Zn(OH)2,普通鋅錳,比能量,可儲存時間,大電流,連續(xù)放電,電壓穩(wěn)定,使用方便,安全可靠,價格低廉,比能量低,笨重,廢棄電池，污染環(huán)境,H2,O2,2H2－4e－＋4OH－===4H2O,O2＋4e－＋2H2O===4OH－,2H2＋O2===2H2O,回收,破壞,資源,1．回收廢舊電池的意義是什么？ 提示：廢舊電池中含有汞、鎘、鉻、鉛等大量毒性很強的重金屬，隨處丟棄會給土壤、水源等環(huán)境造成嚴重的污染，并通過食物鏈給人體健康造成威脅和危害。另一方面，如果能回收再利用這些廢舊電池，不僅可以減少對我們生存環(huán)境的破壞，而且也是對資源的節(jié)約。,●自主探究,2．二次電池充電、放電時兩極發(fā)生的反應(yīng)相同嗎？ 提示：不相同。電池放電時，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時，作陰極發(fā)生還原反應(yīng)；放電時，正極發(fā)生還原反應(yīng)，充電時，作陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。 3．化學電源電極反應(yīng)遵循最基本的規(guī)律是什么？ 提示：無論什么電池，電極反應(yīng)規(guī)律都是負極失電子被氧化，正極得電子被還原；兩極間得失電子守恒。,4．(1)二次電池的充電過程和放電過程有何本質(zhì)區(qū)別？ (2)蓄電池經(jīng)過多次充電和放電使用后，需要給蓄電池補充硫酸嗎？ 提示：(1)從能量轉(zhuǎn)換角度考慮。充電過程是電能轉(zhuǎn)化成化學能，放電過程是化學能轉(zhuǎn)化成電能。 (2)蓄電池在充電和放電過程中發(fā)熱，電解質(zhì)溶液中的水分會不斷損失，使硫酸濃度增大，需要補充蒸餾水。,1．書寫要遵循的原則 原電池兩電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)，因此，電極反應(yīng)式的書寫要遵循質(zhì)量守恒、電子守恒及電荷守恒。 弱電解質(zhì)、氣體和難溶物均寫化學式，其余的以離子符號表示。 正極反應(yīng)、負極反應(yīng)產(chǎn)物根據(jù)題意或化學方程式確定，也要注意電解質(zhì)溶液的成分對電極產(chǎn)物的影響。,化學電池電極反應(yīng)式的書寫,●教材點撥,(1)美國“阿波羅”宇宙飛船中使用的氫氧燃料電池，其構(gòu)造如下圖所示：,●典例透析,,KOH作電解質(zhì)，其反應(yīng)為：2H2＋O2===2H2O，則負極通入的是__________，電極反應(yīng)式為：__________；正極通入的是__________，電極反應(yīng)式為：__________。 (2)如把KOH改為稀H2SO4作電解質(zhì)，則電極反應(yīng)式為：負極__________，正極__________。 (3)如把H2改為CH4，KOH作導(dǎo)電物質(zhì)，則電極反應(yīng)式為：負極__________，正極__________。,1．某種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣?；卮鹣铝袉栴}： (1)這種電極放電時發(fā)生的化學反應(yīng)方程式是____________________。 (2)此電極的正極發(fā)生的電極反應(yīng)式是___________ _________；負極發(fā)生的電極反應(yīng)式是___________ _________。,●變式訓練,(3)電解液中的H＋向__________極移動；向外電路釋放電子的電極是__________。 (4)比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先是燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率高，其次是____________________。,解析：甲醇燃料電池實質(zhì)就是利用CH3OH燃料在氧氣中反應(yīng)來提供電能。CH3OH作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋；氧氣作正極反應(yīng)為：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，兩反應(yīng)相加得總反應(yīng)式。在電池中，負極釋放電子傳到正極上，故H＋向正極移動。甲醇反應(yīng)產(chǎn)物為CO2和H2O，對環(huán)境無污染。 答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋ (3)正 負極 (4)產(chǎn)物對環(huán)境無污染,1．各種化學電源特點的比較,常見的化學電源,●教材點撥,(2015南京師大附中檢測)(雙選)一種紐扣微型電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液是KOH溶液，俗稱鋅銀電池，該電池的總反應(yīng)為Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。根據(jù)以上提供的資料，判斷下列說法正確的是( ) A．鋅為負極，Ag2O為正極 B．放電時正極附近溶液的pH升高 C．放電時負極附近溶液的pH升高 D．溶液中陰離子向正極方向移動，陽離子向負極方向移動,●典例透析,,【解析】 由氧化還原反應(yīng)可看出Zn的化合價由0→＋2，失電子，因此Zn為負極；Ag2O中的Ag的化合價由＋1→0，得電子，因此Ag2O為正極。負極Zn－2e－===Zn2＋，Zn2＋與OH－結(jié)合生成Zn(OH)2，其電極總反應(yīng)為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，使負極區(qū)pH降低；而正極Ag2O＋2e－===2Ag＋O2－，在KOH溶液中O2－會與H2O結(jié)合生成OH－，其電極總反應(yīng)為Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，正極區(qū)溶液pH升高。原電池中，陰離子移向負極，陽離子移向正極，故A、B兩項正確。 【答案】 AB,●變式訓練,答案：A,1．下列有關(guān)鋅錳干電池的說法中正確的是( ) A．鋅外殼是負極，石墨碳棒是正極材料 B．在外電路中電子從碳棒流向鋅外殼 C．電流從鋅流到碳棒上 D．在電池內(nèi)部陽離子從碳棒向鋅片移動 解析：在鋅錳干電池中，鋅外殼是負極，石墨碳棒是正極，在外電路中電子從鋅外殼流向碳棒，電流的方向與電子的流向相反，電池內(nèi)部，陽離子向正極碳棒移動，故A正確，B、C、D錯誤。 答案：A,解析：負極為失電子的活潑金屬，發(fā)生氧化反應(yīng)。 答案：A,3．(2015河北邯鄲高二期末)堿性鋅錳電池的總反應(yīng)為Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，下列說法不正確的是 ( ) A．該電池中Zn為負極，MnO2為正極，電解質(zhì)溶液是KOH溶液 B．放電時外電路電流由Zn極流向MnO2極 C．電池工作時OH－向鋅極移動 D．該電池的正極反應(yīng)為MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－,解析：放電時，Zn為負極，MnO2為正極，電子從負極Zn流向正極MnO2，電流方向與電子流向相反，故B項錯誤。 答案：B,4．(2015陜西渭南中學測試)科學家近年來研制出一種新型細菌燃料電池，利用細菌將有機物轉(zhuǎn)化為氫氣，氫氣進入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池中發(fā)電。該電池負極反應(yīng)為( ) A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在酸性條件下，氫氣失去電子生成H＋，C正確。 答案：C,解析：以KOH溶液為電解質(zhì)，正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故消耗標準狀況下的5.6 L O2(即0.25 mol)時，有0.25 mol4＝1 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，因正極生成OH－，故溶液的pH增大。 答案：(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)1 (3)增大,氫氧燃料電池中的電極反應(yīng) 氫氧燃料電池的負極上發(fā)生的是氫氣被氧化為H＋的反應(yīng)，如果該反應(yīng)是在堿性條件下進行的，生成的H＋瞬即與溶液中大量存在的OH－結(jié)合生成水。因此，實際發(fā)生的電極反應(yīng)為： H2＋2OH－―→2H2O＋2e－ 如果在酸性條件或中性條件下，電極反應(yīng)為： H2―→2H＋＋2e－,類似地，在氫氧燃料電池的正極，氧氣中氧元素被還原為－2價。通常情況下，－2價的氧原子在水溶液中不能獨立存在，它只能存在于含氧化合物中。在氫氧燃料電池中，－2價的氧原子則只能存在于水分子和OH－中。如果是酸性條件，還原產(chǎn)生的－2價的氧原子與周圍的H＋結(jié)合生成水，電極反應(yīng)為： O2＋4H＋＋4e－―→2H2O,如果反應(yīng)條件為中性或堿性，－2價的氧原子主要存在于OH－中，因此電極反應(yīng)為： O2＋2H2O＋4e－―→4OH－ 由此可見，書寫電極反應(yīng)式時，除了應(yīng)該考慮反應(yīng)前后有電子轉(zhuǎn)移的元素的原子得失電子的情況外，還必須考慮這些元素形成的物質(zhì)在溶液中的主要存在形式。,