1.2.2 化學(xué)電源 課件 高二上學(xué)期化學(xué)魯科版（2019）選擇性必修1

電極電勢德國化學(xué)家能斯特提出了雙電層理論：當(dāng)金屬放入溶液中時，一方面金屬中處于熱運動的金屬離子在水分子的作用下，離開金屬表面進(jìn)入溶液。金屬性質(zhì)愈活潑，這種趨勢就愈大；另一方面溶液中的金屬離子，由于受到金屬表面電子的吸引，而在金屬表面沉積，溶液中金屬離子的濃度愈大，這種趨勢也愈大。在一定濃度的溶液中達(dá)到平衡后，在金屬和溶液兩相界面上形成了一個帶相反電荷的雙電層，雙電層的厚度雖然很小(約為10-8厘米數(shù)量級),但卻在金屬和溶液之間產(chǎn)生了電勢差（電極電勢）。電極電勢電極電極溶液溶液無法測得單個電極的電勢，因為我們得到是兩個電極的電勢差。我們常說的電極電勢是相對與校準(zhǔn)氫電極的相對值！（-）Zn|Zn2+（1mol/L）||H+（1mol/L）|H2（pΘ）|Pt（＋）E池=0.76V電極電勢越負(fù)，失電子能力越強；電極電勢越正，得電子能力越強。E池=E正-E負(fù)E負(fù)=-0.76（-）Pt|H2（pΘ）|H+（1mol/L）||Cu2+（1mol/L）|Cu（＋）E池=0.34V（-）Pt|H2（pΘ）|H+（1mol/L）||Ag+（1mol/L）|Ag（＋）E池=0.80V第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第2節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池第2課時化學(xué)電源化學(xué)電源的分類一次電池(只能放電不能充電，使用后即棄去)二次電池(可以反復(fù)充電和放電)燃料電池為什么廢棄電池要進(jìn)行回收利用？使用后的廢棄電池中含有大量的重金屬和酸堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會給土壤、水源等造成嚴(yán)重的污染。思考鋅錳干電池(一次電池)酸性鋅錳干電池鋅筒石墨棒MnO2和CNH4Cl、ZnCl2

負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+正極：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O鋅錳干電池(一次電池)堿性鋅錳干電池電池反應(yīng)：Zn+2MnO2+H2O=ZnO

+2MnOOH堿式氧化錳負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O正極：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－鋅粉和KOHMnO2和石墨小試身手鋅銀紐扣電池示意圖如圖所示，請根據(jù)電池反應(yīng):Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag寫出兩個電極的電極反應(yīng)方程式。負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2

正極：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－通常從電極進(jìn)出物質(zhì)的化合價升降電子、離子的移向方向

電極材料活潑性等角度分析。(2)注意電解質(zhì)溶液中可參與反應(yīng)的離子并配平電荷守恒。(3)根據(jù)原子守恒配平其他系數(shù)。判斷下列電池放電時的電解質(zhì)溶液的酸堿性，并寫出電極反應(yīng)式。1.鎳鎘電池:NiO2+Cd+2H2O=Cd(OH)2+Ni(OH)2負(fù)極：______________正極：_____________2.氫鎳電池:H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2負(fù)極：______________正極：_____________小試身手Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2

NiO2＋2e－＋2H2O=Ni(OH)2＋2OH－H2

-2e-

+2OH-=2H2ONiO(OH)＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－鉛蓄電池(二次電池)Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4

+2H2O放電充電負(fù)極Pb：Pb+SO42--2e-=PbSO4正極PbO2：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O負(fù)極材料：Pb，負(fù)極反應(yīng)物：Pb正極材料：PbO2，正極反應(yīng)物:PbO2電解液:30%的H2SO4溶液(1)放電時的反應(yīng)①負(fù)極反應(yīng)：②正極反應(yīng)：③電池總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O放電Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充電鉛蓄電池(二次電池)以鉛蓄電池為例，可充電的二次電池中的放電反應(yīng)與充電反應(yīng)是否互為可逆反應(yīng)，為什么？思考Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4

+2H2O放電充電不是可逆反應(yīng)。因為反應(yīng)條件不同，充電過程要在通電的條件下實現(xiàn)，即電解。鉛蓄電池是典型的可充型電池，電池總反應(yīng)式為：請回答下列問題：(1)放電時，電解液中H2SO4的濃度將變____;(2)當(dāng)外電路通過1mol電子時，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加_____g。48Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電小試身手小下面是幾種常見的化學(xué)電源示意圖，有關(guān)說法不正確的是(

).A．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池B．干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞C．鉛蓄電池工作過程中，每通過2mol電子，負(fù)極質(zhì)量減輕207gD．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源C增重96g第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第2節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池第2課時化學(xué)電源不可思議的電池——濃差電池物質(zhì)由高濃度向低濃度擴散而引發(fā)的一類電池稱為濃差電池。如圖是由Ag電極和硝酸銀溶液組成的電池，工作時，b電極的質(zhì)量不斷增大，下列說法錯誤的是（）A.由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移B.a極為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng)C.交換膜左側(cè)溶液濃度最終會大于交換膜右側(cè)溶液濃度D.原電池的總反應(yīng)不一定是氧化還原反應(yīng)形成原電池的本質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移（電勢差）！但是電子的轉(zhuǎn)移并不一定對應(yīng)著一個氧化還原反應(yīng)，而一個氧化還原反應(yīng)一定對應(yīng)著一個原電池。C燃料電池多孔石墨電極相當(dāng)于燃燒反應(yīng)的電池反應(yīng)以惰性電極（石墨）為電極材料在正負(fù)極分別通入氧化劑和燃料氧化劑：氧氣、H2O2還原劑：燃料（H2/CH4/乙醇/甲醇/葡萄糖等）正極負(fù)極離子導(dǎo)體介質(zhì)電池反應(yīng)：2H2+O２=2H2O

負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)以石墨為電極材料液態(tài)電解質(zhì)固態(tài)熔融電解質(zhì)酸性堿性中性碳酸鹽（正極同時充入O2和CO2）傳導(dǎo)O2-探究學(xué)習(xí)負(fù)極：2H2-4e-=4H+

正極：O2+4H+

+4e-=2H2O分析氫氧燃料電池的工作原理，稀硫酸做離子導(dǎo)體，寫出電極反應(yīng)式。探究學(xué)習(xí)分析氫氧燃料電池的工作原理，質(zhì)子交換膜做離子導(dǎo)體，寫出電極反應(yīng)式。負(fù)極：2H2-4e-=4H+

正極：O2+4H+

+4e-=2H2O探究學(xué)習(xí)負(fù)極：2H2+4OH--4e-=4H2O正極：O2+2H2O+4e-=4OH-分析氫氧燃料電池的工作原理，NaOH溶液做離子導(dǎo)體，寫出電極反應(yīng)式。分析氫氧燃料電池的工作原理，NaCl溶液做離子導(dǎo)體，寫出電極反應(yīng)式。正極：O2+2H2O+4e-=4OH-負(fù)極：2H2-4e-=4H+

探究學(xué)習(xí)分析氫氧燃料電池的工作原理，固體電解質(zhì)(可傳導(dǎo)O2-)做離子導(dǎo)體，寫出電極反應(yīng)式。負(fù)極：2H2-4e-+2O2－=2H2O

正極：O2+4e-=2O2－

探究學(xué)習(xí)分析氫氧燃料電池的工作原理，熔融碳酸鹽做離子導(dǎo)體，寫出電極反應(yīng)式。(正極同時充入O2和CO2)負(fù)極：2H2+2CO32--4e-=2H2O+2CO2正極：O2+4e-+2CO2=2CO32－

除了氫氣外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料電池的負(fù)極反應(yīng)物。氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池。燃料電池的電極不參與反應(yīng)，電池的正、負(fù)極反應(yīng)物分別是氧化劑和燃料。燃料電池具有能量利用效率高、可連續(xù)使用和污染輕等優(yōu)點，已成為一種發(fā)展前景十分廣闊的化學(xué)電源。探究學(xué)習(xí)1寫對方程式，標(biāo)準(zhǔn)化合價2得失電子看不見全靠化合價來體現(xiàn)3溶液環(huán)境定乾坤CH4+2O2=CO2+2H2O-4+4CH4-8e-=CO2CH4-8e-+10OH-=CO32-4元素守恒基本功搭框架定得失配電荷CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O守恒觀CH4O2KOH溶液負(fù)極：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正極：2O2+8e-+4H2O=8OH-總：CH4+2O2+2OH-=CO32-+2H2O模型認(rèn)知寫出下列甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式：(1)酸性條件正極反應(yīng)式：_______________________________；負(fù)極反應(yīng)式：_______________________________。(2)堿性條件正極反應(yīng)式：_______________________________；負(fù)極反應(yīng)式：_______________________________。2O2＋8H＋＋8e－=4H2OCH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋2O2＋4H2O＋8e－=8OH－CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O小試身手寫出下列甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式：(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：_______________________________；正極反應(yīng)式：_______________________________。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境正極反應(yīng)式：_______________________________；負(fù)極反應(yīng)式：_______________________________。2O2＋8e－=4O2－CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O2O2＋4CO2＋8e－=4CO32-CH4＋4CO32-－8e－=5CO2＋2H2O小試身手寫出下列甲醇燃料電池的電極反應(yīng)式：(1)酸性條件正極反應(yīng)式：_______________________________；負(fù)極反應(yīng)式：_______________________________。(2)堿性條件正極反應(yīng)式：_______________________________；負(fù)極反應(yīng)式：_______________________________。O2＋4e－＋4H＋=4H2OO2＋4e－＋2H2O=4OH－小試身手CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+CH3OH