高二化學(xué)精品課件：第四章第二節(jié)+(人教版選修4).

1、第二節(jié)化學(xué)電源第二節(jié)化學(xué)電源課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航1.了解化學(xué)電源的種類及其工作原理，知道化了解化學(xué)電源的種類及其工作原理，知道化學(xué)電源在生產(chǎn)、生活和國防中的實際應(yīng)用。學(xué)電源在生產(chǎn)、生活和國防中的實際應(yīng)用。2認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要作用。其重要作用。3掌握一次電池、二次電池、燃料電池的反掌握一次電池、二次電池、燃料電池的反應(yīng)原理，會書寫電極反應(yīng)式。應(yīng)原理，會書寫電極反應(yīng)式。新知初探自學(xué)導(dǎo)引新知初探自學(xué)導(dǎo)引自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)一、化學(xué)電池一、化學(xué)電池1定義定義化學(xué)電池是利用化學(xué)電池是利用_原理，將原理，將_變成電能的裝置。變成電能的裝置?；瘜W(xué)能

2、化學(xué)能原電池原電池2分類分類干電池干電池氧化還氧化還原反應(yīng)原反應(yīng)充電電池充電電池蓄電池蓄電池燃料和氧化劑燃料和氧化劑3優(yōu)點優(yōu)點(1)化學(xué)電池的化學(xué)電池的_較高，供能較高，供能穩(wěn)定可靠。穩(wěn)定可靠。(2)可以制成各種形狀和大小、不同容量和電可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池及電池組。壓的電池及電池組。(3)使用方便，易于維護(hù)。使用方便，易于維護(hù)。能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率4判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)(1)比能量：即單位質(zhì)量或單位體積所能比能量：即單位質(zhì)量或單位體積所能_的多少。的多少。(2)比功率：即單位質(zhì)量或單位體積所能比功率：即單位質(zhì)量或單位體積所能_的大小。的大小。

3、(3)電池的電池的_的長短。的長短。輸出電能輸出電能輸出功率輸出功率可儲存時間可儲存時間二、常見的一次電池二、常見的一次電池種類種類特點特點堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池銀鋅電池銀鋅電池基本構(gòu)基本構(gòu)造造負(fù)極：負(fù)極：_正極：正極：_電解質(zhì)：電解質(zhì)：_負(fù)極：負(fù)極：_正極：正極：_電解質(zhì)：電解質(zhì)：_ZnMnO2KOHZnAg2OKOH種類種類特點特點堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池銀鋅電池銀鋅電池工工作作原原理理負(fù)極負(fù)極反應(yīng)反應(yīng)Zn2OH2e=Zn(OH)2Zn2OH2e=Zn(OH)2正極正極反應(yīng)反應(yīng)2MnO22H2O2e=2MnOOH2OHAg2OH2O2e=2Ag2OH總反總反應(yīng)應(yīng)Zn2MnO22H2O=2

4、MnOOHZn(OH)2Ag2OZnH2O=Zn(OH)22Ag種類種類特點特點堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池銀鋅電池銀鋅電池性能與性能與適用范適用范圍圍比能量和可儲存比能量和可儲存時間比普通鋅錳時間比普通鋅錳電池均有提高，電池均有提高，適用于適用于_和和_比能量大，電壓比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間穩(wěn)定，儲存時間長，適宜長，適宜_大電流大電流連續(xù)放電連續(xù)放電小電流連續(xù)放電小電流連續(xù)放電三、二次電池三、二次電池1鉛蓄電池的構(gòu)造鉛蓄電池的構(gòu)造氧化氧化還原還原PbO2(s)Pb(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)逆過程逆過程還原還原氧化氧化 2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(

5、s)PbO2(s)2H2SO4(aq)3鉛蓄電池的特點鉛蓄電池的特點可重復(fù)使用，電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可可重復(fù)使用，電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。缺點靠、價格低廉在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。缺點是比能量低、笨重，廢棄電池污染環(huán)境。是比能量低、笨重，廢棄電池污染環(huán)境。四、燃料電池四、燃料電池(以氫氧燃料電池為例以氫氧燃料電池為例)1構(gòu)造構(gòu)造2工作原理工作原理酸性電解質(zhì)酸性電解質(zhì)(H2SO4)堿性電解質(zhì)堿性電解質(zhì)(KOH)正極正極反應(yīng)反應(yīng)O24e4H =2H2OO24e2H2O=4OH負(fù)極負(fù)極反應(yīng)反應(yīng)_總反總反應(yīng)應(yīng)2H2O2=2H2O2H22e=4H2H24e4OH=4H

6、2O3.燃料燃料除除H2外，烴、肼、外，烴、肼、_、_、_等液體或氣體。等液體或氣體。氧化劑：除純氧氣外，空氣中的氧化劑：除純氧氣外，空氣中的_也可。也可。4燃料電池的優(yōu)點燃料電池的優(yōu)點(1)能量轉(zhuǎn)換率能量轉(zhuǎn)換率_；(2)污染污染_。甲醇甲醇氨氨煤氣煤氣O2高高小小自主體驗自主體驗1下列說法正確的是下列說法正確的是()A堿性鋅錳電池是二次電池堿性鋅錳電池是二次電池B鉛蓄電池是一次電池鉛蓄電池是一次電池C二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生充電使活性物質(zhì)獲得再生D燃料電池的活性物質(zhì)儲存在電池內(nèi)部燃料電池的活性物質(zhì)儲存在電池內(nèi)部解析：選解析：選

7、C。鋅錳電池是一次電源，鉛蓄電。鋅錳電池是一次電源，鉛蓄電池是二次電池。燃料電池的電極本身不包含池是二次電池。燃料電池的電極本身不包含活性物質(zhì)?；钚晕镔|(zhì)。C電池放電時，鎳元素被還原電池放電時，鎳元素被還原D電池放電時，電池放電時，H2在負(fù)極放電在負(fù)極放電解析：選解析：選A。電池放電時，。電池放電時，Ni元素化合價降元素化合價降低被還原，低被還原，A錯，錯，C對；充電時，對；充電時，H元素化合元素化合價從價從10，化合價降低，被還原，化合價降低，被還原，B對；對；放電時，放電時，H元素化合價升高，在負(fù)極被氧化元素化合價升高，在負(fù)極被氧化, D對。對。3鉛蓄電池放電時，鉛蓄電池放電時，PbSO4(

8、)A只在正極上生成只在正極上生成B只在負(fù)極上生成只在負(fù)極上生成C在兩個電極上生成在兩個電極上生成 D在兩個電極上除去在兩個電極上除去要點突破講練互動要點突破講練互動常見的燃料電池常見的燃料電池探究導(dǎo)引探究導(dǎo)引1 燃料電池中電極和電解質(zhì)溶液的燃料電池中電極和電解質(zhì)溶液的選擇與一般電池有何不同？選擇與一般電池有何不同？提示：提示：設(shè)計燃料電池，其電極和電解質(zhì)溶液設(shè)計燃料電池，其電極和電解質(zhì)溶液的選擇與一般電池不同：的選擇與一般電池不同：(1)燃料電池的電極燃料電池的電極反應(yīng)物為外界不斷通入的燃料和氧化劑，電反應(yīng)物為外界不斷通入的燃料和氧化劑，電極本身不參與反應(yīng)，故其電極可使用相同的極本身不參與反應(yīng)

9、，故其電極可使用相同的惰性電極；惰性電極；(2)燃料電池的電解液未必能與電燃料電池的電解液未必能與電極反應(yīng)物直接反應(yīng)，但一般為酸或堿，如氫極反應(yīng)物直接反應(yīng)，但一般為酸或堿，如氫氧燃料電池。氧燃料電池。要點歸納要點歸納特別提醒特別提醒通常燃料電池中負(fù)極為可燃性物質(zhì)失電子，通常燃料電池中負(fù)極為可燃性物質(zhì)失電子，正極為正極為O2得電子得電子,電極材料一般為惰性電極。電極材料一般為惰性電極。在寫正極反應(yīng)方程式時要注意給出的電解質(zhì)在寫正極反應(yīng)方程式時要注意給出的電解質(zhì)溶液的酸堿性溶液的酸堿性,在酸性條件下在酸性條件下O24e4H=2H2O，在堿性或中性條件下，在堿性或中性條件下O24e2H2O=4OH。

10、即時應(yīng)用即時應(yīng)用1燃料電池是一種新型電池，它主要是利燃料電池是一種新型電池，它主要是利用燃料在氧化過程中把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電用燃料在氧化過程中把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。氫氧燃料電池的基本反應(yīng)是：能。氫氧燃料電池的基本反應(yīng)是：X極：極：1/2O2(g)H2O(l)2e=2OH；Y極：極：H2(g)2OH2e=2H2O(l)。下列判斷。下列判斷中正確的是中正確的是()A兩電極的電極材料不能相同兩電極的電極材料不能相同B該電池工作時會產(chǎn)生藍(lán)色火焰該電池工作時會產(chǎn)生藍(lán)色火焰C工作一段時間后電解質(zhì)溶液工作一段時間后電解質(zhì)溶液pH增大增大D工作時負(fù)極區(qū)附近工作時負(fù)極區(qū)附近pH變小變小解析：選解析：選D。燃料

11、電池中，電極不參與反應(yīng)。燃料電池中，電極不參與反應(yīng),只作為催化轉(zhuǎn)化元件，因此可以使用相同的只作為催化轉(zhuǎn)化元件，因此可以使用相同的惰性電極，所以惰性電極，所以A錯誤；電池工作時并不是錯誤；電池工作時并不是H2在燃燒，因此看不到火焰，所以在燃燒，因此看不到火焰，所以B錯誤；錯誤；氫氧燃料電池的產(chǎn)物為水氫氧燃料電池的產(chǎn)物為水m電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液(堿性堿性) 的的pH減小，所以減小，所以C錯誤；電池工作時，負(fù)極錯誤；電池工作時，負(fù)極區(qū)區(qū)OH參與電極反應(yīng)，因此負(fù)極區(qū)附近參與電極反應(yīng)，因此負(fù)極區(qū)附近pH變變小，故小，故D正確。正確。探究導(dǎo)引探究導(dǎo)引2 電極反應(yīng)與電池反應(yīng)有何區(qū)別與電極反應(yīng)與電池反應(yīng)有何區(qū)

12、別與聯(lián)系？聯(lián)系？提示：提示：電極反應(yīng)是分別在兩極上發(fā)生的電極反應(yīng)是分別在兩極上發(fā)生的“半反半反應(yīng)應(yīng)”(氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)氧化反應(yīng)或還原反應(yīng))，電池反應(yīng)是兩個，電池反應(yīng)是兩個電極反應(yīng)加合消去電子后的總反應(yīng)?？赏ㄟ^電電極反應(yīng)加合消去電子后的總反應(yīng)。可通過電極反應(yīng)相加求電池反應(yīng)，也可通過電池反應(yīng)減極反應(yīng)相加求電池反應(yīng)，也可通過電池反應(yīng)減一個電極反應(yīng)求另一個電極反應(yīng)。一個電極反應(yīng)求另一個電極反應(yīng)?；瘜W(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫要點歸納要點歸納1根據(jù)給出的兩個電極反應(yīng)式寫總反應(yīng)式根據(jù)給出的兩個電極反應(yīng)式寫總反應(yīng)式書寫時注意使兩個電極反應(yīng)式得失電子數(shù)相等書寫時注意使兩個電極反應(yīng)式得失電子

13、數(shù)相等后相加兩式，消去反應(yīng)物和生成物中相同的物后相加兩式，消去反應(yīng)物和生成物中相同的物質(zhì)即可。質(zhì)即可。正極：陽離子得到電子生成單質(zhì)或正極：陽離子得到電子生成單質(zhì)或O2得到得到電子，若反應(yīng)物是電子，若反應(yīng)物是O2，則有以下規(guī)律：，則有以下規(guī)律：電解質(zhì)是堿性或中性：電解質(zhì)是堿性或中性：O22H2O4e=4OH；電解質(zhì)是酸性：電解質(zhì)是酸性：O24H4e=2H2O。(3)正負(fù)電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反正負(fù)電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式。應(yīng)方程式。負(fù)極書寫步驟為：負(fù)極書寫步驟為：(1)根據(jù)總電池方程式列出總式兩邊化合價升根據(jù)總電池方程式列出總式兩邊化合價升高的有關(guān)物質(zhì)，標(biāo)出失去電子的數(shù)目

14、：高的有關(guān)物質(zhì)，標(biāo)出失去電子的數(shù)目：2H24e2H2O。(2)根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性，用根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性，用H或或OH或其他離子配平，使反應(yīng)式兩邊電荷總數(shù)相或其他離子配平，使反應(yīng)式兩邊電荷總數(shù)相等：等：2H24OH4e2H2O。此時注意：此時注意：電子帶負(fù)電，電子帶負(fù)電，在堿性電解質(zhì)在堿性電解質(zhì)溶液中，電極反應(yīng)式不宜出現(xiàn)溶液中，電極反應(yīng)式不宜出現(xiàn)H，如上式，如上式寫成寫成2H24e=4H就不對了。就不對了。(3)利用利用H2O使兩邊元素守恒，即使兩邊元素守恒，即2H24OH4e=4H2O同理：正極電極反應(yīng)式書寫如下：同理：正極電極反應(yīng)式書寫如下：O24e4OHO22H2O4e=4OH將正

15、負(fù)極電極方程式相加，若得到總反應(yīng)式將正負(fù)極電極方程式相加，若得到總反應(yīng)式,說明寫法正確。說明寫法正確。4可充電電池電極反應(yīng)式的書寫可充電電池電極反應(yīng)式的書寫可充電電池放電時為原電池，充電時為電解可充電電池放電時為原電池，充電時為電解池。池。(1)原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時為陰原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，故放電時的負(fù)極反應(yīng)式極，發(fā)生還原反應(yīng)，故放電時的負(fù)極反應(yīng)式與充電時的陰極反應(yīng)式相反。與充電時的陰極反應(yīng)式相反。(2)原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，充電時為陽原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，充電時為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故放電時的正極反應(yīng)式極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故放電時的正極反應(yīng)式

16、與充電時的陽極反應(yīng)式相反。與充電時的陽極反應(yīng)式相反。特別提醒特別提醒原電池電極反應(yīng)均是氧化還原反應(yīng)，因此電原電池電極反應(yīng)均是氧化還原反應(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的原則，兩電極反應(yīng)式相加得電及電荷守恒的原則，兩電極反應(yīng)式相加得電池總反應(yīng)式。池總反應(yīng)式。即時應(yīng)用即時應(yīng)用2可用于電動汽車的鋁空氣燃料電池，通可用于電動汽車的鋁空氣燃料電池，通常以常以NaCl溶液或溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合溶液為電解液，鋁合金為負(fù)極，空氣電極為正極。下列說法正確金為負(fù)極，空氣電極為正極。下列說法正確的是的是()A以以NaCl溶液或溶液或NaOH

17、溶液為電解液時，溶液為電解液時，正極反應(yīng)都為：正極反應(yīng)都為：O22H2O4e=4OHB以以NaOH溶液為電解液時，負(fù)極反應(yīng)為溶液為電解液時，負(fù)極反應(yīng)為: Al3OH3e=Al(OH)3C以以NaOH溶液為電解液時，電池在工作溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的過程中電解液的pH保持不變保持不變D電池工作時，電子通過外電路從正極流電池工作時，電子通過外電路從正極流向負(fù)極向負(fù)極解析：選解析：選A。本題著重考查了化學(xué)電池電極。本題著重考查了化學(xué)電池電極方程式的書寫及分析。電解質(zhì)溶液顯堿性或方程式的書寫及分析。電解質(zhì)溶液顯堿性或中性，該燃料電池的正極反應(yīng)式為中性，該燃料電池的正極反應(yīng)式為O24e2

18、H2O=4OH，A正確；以正確；以NaOH作電解作電解質(zhì)時，負(fù)極質(zhì)時，負(fù)極Al失電子生成的失電子生成的Al3與電解質(zhì)與電解質(zhì)NaOH(過量過量)反應(yīng)生成反應(yīng)生成NaAlO2，題型探究權(quán)威預(yù)測題型探究權(quán)威預(yù)測二次電池的工作原理二次電池的工作原理在電池制備時，在電池制備時，PbSO4的量是一定的，制成的量是一定的，制成膏狀的膏狀的PbSO4干燥后安裝，說明干燥后安裝，說明H2SO4不用不用補(bǔ)充；放電時，補(bǔ)充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中的被消耗，溶液中的H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。度也隨之減小?！敬鸢复鸢浮緼【規(guī)律方法規(guī)律方法】二次電

19、池在充電時，正、負(fù)二次電池在充電時，正、負(fù)電極上發(fā)生的反應(yīng)正好與放電時發(fā)生的反應(yīng)電極上發(fā)生的反應(yīng)正好與放電時發(fā)生的反應(yīng)相反，因而充電時，二次電池的正極應(yīng)與充相反，因而充電時，二次電池的正極應(yīng)與充電電源的正極相連接，負(fù)極應(yīng)與充電電源的電電源的正極相連接，負(fù)極應(yīng)與充電電源的負(fù)極相連接。負(fù)極相連接。 (2010高考安徽卷高考安徽卷)某固體酸燃料電某固體酸燃料電池以池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞固體為電解質(zhì)傳遞H，其基本，其基本結(jié)構(gòu)如圖，電池總反應(yīng)可表示為：結(jié)構(gòu)如圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2O2=2H2O，下列有關(guān)說法正確的是，下列有關(guān)說法正確的是()燃料電池燃料電池A電子通過外電路從電子通過外電

20、路從b極流向極流向a極極Bb極上的電極反應(yīng)式為：極上的電極反應(yīng)式為：O22H2O4e=4OHC每轉(zhuǎn)移每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗電子，消耗1.12 L的的H2DH由由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極極【解析解析】本題考查原電池知識，意在考查本題考查原電池知識，意在考查學(xué)生的分析能力。該原電池的化學(xué)原理是學(xué)生的分析能力。該原電池的化學(xué)原理是H2被氧化，在負(fù)極被氧化，在負(fù)極(a極極)發(fā)生反應(yīng)：發(fā)生反應(yīng)：H22e=2H，H由由a極轉(zhuǎn)移到極轉(zhuǎn)移到b極，極，D項正確；項正確；O2發(fā)生還原反應(yīng)，在正極發(fā)生還原反應(yīng)，在正極(b極極)發(fā)生反應(yīng)：發(fā)生反應(yīng)：O24H4e=2H2O，則電子從

21、，則電子從a極流向極流向b極，極，A、B兩項不正確；兩項不正確；C項因未指明氣體項因未指明氣體所處的溫度和壓強(qiáng)，不正確。所處的溫度和壓強(qiáng)，不正確?！敬鸢复鸢浮緿【名師點睛名師點睛】燃料電池電極反應(yīng)式書寫應(yīng)燃料電池電極反應(yīng)式書寫應(yīng)注意的問題注意的問題(1)電池的負(fù)極一定是可燃性氣體，失去電子電池的負(fù)極一定是可燃性氣體，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。電池的正極一定是助燃性氣發(fā)生氧化反應(yīng)。電池的正極一定是助燃性氣體，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。體，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。(2)寫電極反應(yīng)式時，一定要注意電解質(zhì)是什寫電極反應(yīng)式時，一定要注意電解質(zhì)是什么，其中陰、陽離子要和電極反應(yīng)式中出現(xiàn)么，其中陰、陽離子要和電極反應(yīng)

22、式中出現(xiàn)的離子相對應(yīng)，在堿性電解質(zhì)中，電極反應(yīng)的離子相對應(yīng)，在堿性電解質(zhì)中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)式中不能出現(xiàn)H；在酸性電解質(zhì)中，電極；在酸性電解質(zhì)中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH。(3)正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式在得失電子相等正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式在得失電子相等時相加，所得電池反應(yīng)必是燃料燃燒反應(yīng)和時相加，所得電池反應(yīng)必是燃料燃燒反應(yīng)和燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的疊加反應(yīng)式。燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的疊加反應(yīng)式。課堂達(dá)標(biāo)即時鞏固課堂達(dá)標(biāo)即時鞏固燃料電池在生活中的應(yīng)用燃料電池在生活中的應(yīng)用燃料電池的基本組成為電極、電解質(zhì)、燃料燃料電池的基本組成為電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑，此中電池的能量利用率可高達(dá)和氧化劑，此中電池的能量利用率可高達(dá)80%，產(chǎn)物污染也少。氫氧燃料電池常用于，產(chǎn)物污染也少。氫氧燃料電池常用于航天飛行器，原因是該電池的產(chǎn)物為水，經(jīng)航天飛行器，原因是該電池的產(chǎn)物為水，經(jīng)過處理之后可供宇航員使用。過處理之后可供宇航員使用。熱點示例思維拓展熱點示例思維拓展經(jīng)典案例經(jīng)典案例在長期載人太空飛行的宇航器在長期載人太空飛行的宇航器中，每個宇航員平均每天需要消耗中，每個宇航員平均每天需要消耗0.9