2019屆高中化學第四章第二節(jié)化學電源課件新人教版選修.pptx

第二節(jié) 化學電源,新課導入(教師用書備用),菠菜營養(yǎng)豐富,人所共知。若說菠菜可用來作電池,為手機和筆記本電腦提供綠色環(huán)保能源,聽起來好像有些荒誕,但這卻是不折不扣的事實。美國科學家利用菠菜中含有“光合體系一號”的蛋白質復合物和導電材料將太陽能轉化為電能,已經成功研制出“菠菜電池”!現(xiàn)在,隨著科學技術的發(fā)展,出現(xiàn)了各種各樣的電池,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?,學習目標,1.認識電池的分類、優(yōu)點及適用范圍。(素養(yǎng):證據(jù)推理與模型認知) 2.了解常見的一次電池、二次電池及燃料電池的構造及原理。(素養(yǎng):宏觀辨識與微觀探析) 3.掌握原電池電極反應式及總反應方程式的書寫。(素養(yǎng):科學態(tài)度與社會責任),知識分點突破,能力總結提升,知識分點突破,知識點1 化學電源及一、二次電池,基礎梳理,1.化學電池 (1)化學電池的分類,逆向,燃料,氧化劑,不參與,(2)判斷電池優(yōu)劣的主要標準 比能量:單位質量或單位體積所能輸出 的多少。 比功率:單位質量或單位體積所能輸出 的大小。 電池的可儲存時間的長短。,電能,功率,2.一次電池,3.可充電電池(二次電池),疑難探究,如圖為鉛蓄電池(電解質溶液為30% H2SO4溶液),問題導思,1.鉛蓄電池放電時,正極區(qū)域溶液的pH是如何變化的?,2.二次電池充電、放電時兩極發(fā)生的反應相同嗎?,提示:不相同。電池放電時,負極發(fā)生氧化反應,充電時,作陰極發(fā)生還原反應;放電時,正極發(fā)生還原反應,充電時,作陽極發(fā)生氧化反應。,歸納總結,1.二次電池充電時的電極連接,(1)充電時的連接方法正正負負,即:,2.化學電源中電極反應式的書寫 (1)根據(jù)裝置書寫電極反應式 先分析裝置圖,確定原電池的正負極上的反應物質。,正負電極反應式相加得到電池反應的總反應方程式。 (2)根據(jù)電池總反應式,寫電極反應式 析價態(tài),定正負根據(jù)元素化合價的變化情況確定正負極。 列物質判斷電極的反應物、產物。 標得失分析化合價的升降,找出得失電子數(shù)。 看環(huán)境,配守恒配平電荷、配平原子。,題點一 一次電池,D,題組例練,2.(2015全國卷節(jié)選)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產生MnOOH?；厥仗幚碓搹U電池可得到多種化工原料。 回答下列問題: (1)該電池的正極反應式為 , 電池反應的離子方程式為 。,(2)維持電流強度為0.5 A,電池工作5分鐘,理論上消耗鋅 g。(已知F=96 500 Cmol-1),答案:(2)0.05,題點二 充電電池原理的應用,C,D,4.(2018全國卷)一種可充電鋰空氣電池如圖所示。當電池放電時, O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是( ),題后悟道,可充電電池的分析方法 (1)充電電池是既能將化學能轉化為電能(放電),又能將電能轉化為化學能(充電)的一類特殊電池。需要注意的是充電、放電的反應不能理解為可逆反應。 (2)充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反,充電時的陽極反應恰與放電時的正極反應相反,充電時的陰極反應恰與放電時的負極反應相反。,知識點2 常見的燃料電池,基礎梳理,1.燃料電池的工作原理,燃料,氧化劑,(1)連續(xù)地將 (如氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體)和 的化學能直接轉換成電能。 (2)電極材料本身 氧化還原反應。 (3)工作時,燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給,在電極上不斷地進行反應,生成物不斷地被排出。,不參與,2.燃料電池的優(yōu)點 (1)能量轉化率高 燃料電池的能量轉化率超過80%,普通燃燒過程能量轉化率僅30%多。,(2)污染 。,小,3.氫氧燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分為酸性和堿性兩種:,疑難探究,如圖裝置為燃料電池(以氫氧燃料電池為例),1.如果用稀硫酸作電解質溶液,氫氧燃料電池在放電后溶液的pH將發(fā)生怎樣的變化?,提示:反應過程中電解質不被消耗,但氫氣和氧氣反應生成水,使溶液變稀,pH增大。,2.已知氫氣可以在氯氣中燃燒,根據(jù)燃料電池的原理,能否以該反應設計為燃料電池?,提示:能。,3.若將氫氣改換為甲烷,分別以H2SO4溶液和KOH溶液為電解質溶液時,則甲烷燃料電池的電極反應式和總反應式相同嗎?,提示:不相同。,問題導思,歸納總結,1.燃料電池電極反應式的書寫要求 (1)電池的負極一定是燃料,燃料失電子發(fā)生氧化反應。電池的正極多為氧氣或空氣,得電子,發(fā)生還原反應,特別注意電解質酸堿性不同的區(qū)別?？筛鶕?jù)電荷守恒來配平。 (2)電極材料一般不參與化學反應,只作電池反應催化轉化元件。 (3)正、負兩極的電極反應式在得失電子守恒的前提下,相加后的電池反應必然是燃料燃燒反應和燃燒產物與電解質溶液反應的疊加。 2.書寫燃料電池電極反應式的“三步”法 第一步:寫出電池的總反應式 燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致,只是無反應條件,若產物能和電解質反應則總反應為加和后的反應。,第二步:寫出電池的正極反應式 根據(jù)燃料電池的特點,一般在正極上發(fā)生還原反應的物質是O2,隨著電解質溶液的不同,其電極反應式有所不同,大致有如下四種情況:,第三步:根據(jù)電池總反應式和正極反應式,寫出負極反應式 電池的總反應式-正極反應式=負極反應式。由于O2不是負極反應物,故兩個反應式相減時要徹底消除O2。,題組例練,題點一 燃料電池的原理及應用,A,A.電池工作過程中,溶液的pH逐漸減小 B.正極與負極上參加反應的氣體的物質的量之比為27 C.通入乙烷的電極為正極 D.電解質溶液中的OH-向正極移動,A,2.(2015全國卷)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是 ( ),解析:負極發(fā)生氧化反應,生成CO2氣體,A項錯誤;微生物電池中的化學反應速率較快,即微生物促進了反應中電子的轉移,B項正確;原電池中陽離子向正極移動,陰離子向負極移動,C項正確;電池總反應是C6H12O6與O2反應生成CO2和H2O,D項正確。,題后悟道,燃料電池電極方程式的書寫技巧 (1)書寫燃料電池的總反應方程式時就相當于燃料燃燒,然后分析產物與所用電解質能否發(fā)生反應,若能發(fā)生反應,電解質溶液也參與反應,要寫在總反應方程式中。,3.(2018福建廈門模擬)一種微生物燃料電池如圖所示,下列關于該電池說法正確的是( ),B,題點二 新型化學電源,4.(2018黑龍江五校聯(lián)考)斯坦福大學華人化學家戴宏杰的團隊發(fā)明了一種“一分鐘充滿電”的新型鋁離子電池。該電池的電極材料為鋁和 CnAlCl4(Cn為石墨),有機物陽離子和AlCl4-組成離子液體,電池放電時,在負極附近形成Al2Cl7-。充電和放電過程中離子液體中的陽離子濃度不變。下列說法不正確的是( ),A,能力總結提升,課堂小結,易錯辨析,1.原電池中負極參加反應,質量一定減少嗎?,2.負極材料不與電解質溶液反應就不能構成原電池嗎?,提示:不是,如燃料電池的負極為惰性電極,就不和電解質溶液反應。,3.氫氧燃料電池的能量利用率是100%,產物為水