高中化学选修四化学电源课件.ppt

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础 第二节第二节 化学电源化学电源 一一课时课时 高二高二 化学组化学组金焰四射的太阳，其表面是一片烈焰翻腾的火海，温金焰四射的太阳，其表面是一片烈焰翻腾的火海，温度为度为6000C左右。在太阳内部，温度高达两千万度以上。左右。在太阳内部，温度高达两千万度以上。所以，太阳能一刻不停地发出大量的光和热，为人类送来光所以，太阳能一刻不停地发出大量的光和热，为人类送来光明和温暖，它也成了取之不尽、用之不竭的能源聚宝盆。将明和温暖，它也成了取之不尽、用之不竭的能源聚宝盆。将太阳光变成电能，是利用太阳能的一条重要途径。人们早在太阳光变成电能，是利用太阳能的一条重要途径。人

2、们早在20世纪世纪50年代就制成了第一个光电池。将光电池装在汽车上，年代就制成了第一个光电池。将光电池装在汽车上，用它将太阳光不断地变成电能，使汽车开动起来。这种汽车用它将太阳光不断地变成电能，使汽车开动起来。这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。就是新兴起的太阳能汽车。教教 学学 目目 标标 1了解化学电源的优点及在各方面的应用。了解化学电源的优点及在各方面的应用。2认识一次电池、二次电池和燃料电池。认识一次电池、二次电池和燃料电池。3了解废旧电池对环境的危害，树立环保了解废旧电池对环境的危害，树立环保 意识。意识。化学电池化学电池化学电池是将化学电池是将_能变成能变成_能的装置。能的装置。1化学

3、电池的分类化学电池的分类化学电池化学电池 自主学习自主学习化学能化学能电电 能能一次一次二次二次燃料燃料2优点优点(1)化学电池的化学电池的_较高，供能稳定可靠较高，供能稳定可靠(2)可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的 电池及电池及 电池组。电池组。(3)使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。能量转换效率能量转换效率 4化学电池回收利用化学电池回收利用废旧电池中含废旧电池中含_和和_等有害等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。重金属重金属酸酸 碱碱3判

4、断电池优劣的主要标准判断电池优劣的主要标准(1)比能量：即单位质量或单位体积所能比能量：即单位质量或单位体积所能_的的 多少，单位是多少，单位是(Wh)/kg或或(Wh)/L。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能比功率：即单位质量或单位体积所能_的的 大小，单位是大小，单位是W/kg或或W/L。(3)电池的电池的_ _的长短。的长短。输出电能输出电能输出功率输出功率可储存时间可储存时间一次电池一次电池一次电池的电解质溶液制成一次电池的电解质溶液制成_，不流，不流动，也叫做干电池。动，也叫做干电池。1特点特点一次电池不能充电，不能反复使用。一次电池不能充电，不能反复使用。2常见的一次电池常见的

5、一次电池胶胶 状状1锌锰干电池(1)碱性锌锰电池的构造3锂电池(1)电极材料：负极：；正极：、CuO、FeS2等。(2)特点：、高、工作温度宽，可储存时间长。充电电池二次电池二次电池二次电池放电后可以再二次电池放电后可以再_使活性物质获使活性物质获得再生，又称得再生，又称_或或_。1铅蓄电池的构造铅蓄电池的构造负极：负极：_，正极：，正极：_，电解质溶，电解质溶液：液：_溶液。溶液。2铅蓄电池的工作原理铅蓄电池的工作原理(1)放电时放电时负极：负极：_；Pb(s)SO24(aq)2e=PbSO4(s)充电充电正极：正极：PbO2(s)4H(aq)SO42-(aq)2e PbSO4(s)2H2O

6、(l)；总反应：总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。(2)充电时充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程阴极：阴极：_；阳极：阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e PbO2(s)4H(aq)SO42-(aq)；PbSO4(s)2e Pb(s)SO42-(aq)总反应：总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(

7、l)。3铅蓄电池的特点铅蓄电池的特点电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉、生电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉、生产生活中应用广泛，缺点是比能量低、笨重、废弃电产生活中应用广泛，缺点是比能量低、笨重、废弃电池污染环境。池污染环境。1.下列有关化学电池的说法中正确的是下列有关化学电池的说法中正确的是()A化学电池只能将化学能转化为电能化学电池只能将化学能转化为电能B燃料电池能将全部化学能转化为电能燃料电池能将全部化学能转化为电能C银锌电池比能量大，电压稳定，储存时银锌电池比能量大，电压稳定，储存时间长间长D一次电池包括干电池和蓄电池一次电池包括干电池和蓄电池 C2.碱性电池具有容量大、放电

8、电流大的特点，因此得碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因此得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：电池总反应式为：Zn(s)2MnO2(s)H2O(l)Zn(OH)2(s)Mn2O3(s)。下列说法错误的是。下列说法错误的是 ()A电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B电池负极的电极反应式为电池负极的电极反应式为Zn2e2OH Zn(OH)2C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减电子，锌的质量理论上减

9、小小6.5 g C解析：该电池中Zn为负极，失去电子；该反应中转移2e，通过计算每转移0.2 mol电子，Zn反应6.5 g；电子由负极通过外导线流向正极，所以C错。答案：C名师点睛：原电池工作时，活泼金属为负极，失去电子，所以电子流向为：负极导线正极。在书写电极反应式时考虑离子反应、离子共存的情况。3(双选双选)电子表所用纽扣电池的两极材料为锌和电子表所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应是：溶液，其电极反应是：Zn2OH2e ZnOH2O；Ag2OH2O2e 2Ag2OH。总反应式为；。总反应式为；ZnAg2O 2AgZnO。下列判断正确

10、的是。下列判断正确的是()A锌为正极，锌为正极，Ag2O为负极为负极B锌为负极，锌为负极，Ag2O为正极为正极C电池工作时，负极附近溶液的电池工作时，负极附近溶液的pH减小减小D电池工作时，负极附近溶液的电池工作时，负极附近溶液的pH增大增大B C解析：Zn失去2e，而Ag2OAg得到2e。原电池中失去电子的极是负极，所以锌是负极，Ag2O为正极。B是正确答案。因为Zn2OH2e ZnOH2O，负极区域溶液中c(OH)不断减小，则c(H)浓度不断增大，故pH减小，所以C也正确。答案：BC4.铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和和PbO2，电池液为稀硫酸

11、，工作时该电池的总，电池液为稀硫酸，工作时该电池的总反应式为反应式为PbPbO22H2SO4 =2PbSO42H2O。试根据上述情况判断：试根据上述情况判断：(1)蓄电池的负极材料是蓄电池的负极材料是_。(2)工作时，正极反应为工作时，正极反应为_。PbPbO2SO42-4H2e =PbSO42H2O(3)工作时，电解质溶液的工作时，电解质溶液的pH_(填填“增增大大”、“减小减小”或或“不变不变”)。(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向工作时，电解质溶液中阴离子移向_极。极。(5)电流方向从电流方向从_极流向极流向_极。极。(6)充电时，铅蓄电池的负极与电源的充电时，铅蓄电池的负极与电源的_

12、极极相连接。相连接。增大增大负负 正正负负负负解析：蓄电池工作(放电)时，起原电池作用。题中各小题概括叙述了蓄电池放电时所涉及的各个方面，分析如下：根据原电池原理，负极发生氧化反应元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应元素化合价降低，从总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应为：PbO2SO42-4H2e PbSO42H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H转变成H2O，所以pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。答案：(1)Pb(2)PbO2SO42-4H2e PbSO42H2O(3)增大(

13、4)负(5)正负(6)负名师点睛：总反应中，放电的方向为原电池方向，电极名称为正负极，正极发生还原反应，负极发生氧化反应；充电的方向为电解池方向，电极名称为阴阳极，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。二次电池充电时，需“正接正，负接负”，即原电池的正极连接外接电源的正极，原电池的负极连接外接电源的负极。5生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：的反应是：2PbSO42H2O PbO2Pb2H2SO4下列对铅蓄电池的说法错误的是下

14、列对铅蓄电池的说法错误的是()A需要定期补充硫酸需要定期补充硫酸B工作时铅是负极，工作时铅是负极，PbO2是正极是正极C工作时负极上发生的反应是：工作时负极上发生的反应是：Pb2eSO42-=PbSO4D工作时电解质的密度减小工作时电解质的密度减小A解析：铅蓄电池在工作时相当于原电池，发生氧化反应的电极是负极，发生还原反应的电极是正极，所以Pb是负极，PbO2是正极；在工作时，负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2，Pb2与溶液中的SO42-生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状的PbSO4干燥后安装，说明H2SO4不用补充；放

15、电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。答案：A燃料电池燃料电池电极反应式的书写电极反应式的书写1.离子反应中的氧化还原反应型，应遵守离子反应中的氧化还原反应型，应遵守 电荷守恒、电荷守恒、一个电子看做带一个单位一个电子看做带一个单位 负电荷。负电荷。2.负极失电子变为阳离子或负极失电子变为阳离子或H3.正极：正极：O2得到电子，得到电子，则有以下规律：则有以下规律：电解质是碱性或中性：电解质是碱性或中性：O22H2O4e=4OH 电解质是酸性：电解质是酸性：O24H4e=2H2O。4.注意电解质溶液，酸性条件下电极反应式中注意电解质溶液，酸性条

16、件下电极反应式中 不能出现不能出现OH-，碱性条件下不能出现，碱性条件下不能出现H+1.一种甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的新型手机一种甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的新型手机电池，可连续使用一个月，其电池反应为：电池，可连续使用一个月，其电池反应为：2CH3OH3O24OH=2CO32-6H2O，则有关说法正确的是，则有关说法正确的是 A放电时放电时CH3OH参与反应的电极为正极参与反应的电极为正极B放电时负极的电极反应为放电时负极的电极反应为CH3OH8OH6e =CO32-6H2OC标准状况下，通入标准状况下，通入5.6 L O2并完全反应后，有并完全反应后，有0.5 mol电子转移电子转移

17、D放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的pH降低降低B解析：从电池反应可知，CH3OH为原电池的负极，A选项错误；正极反应为：O22H2O4e 4OH，标准状况下，5.6 L O2为0.25 mol，转移电子为1 mol，C选项错误；从正极反应可以看出，正极附近溶液OH的浓度增大，pH升高，D选项错误。答案：B名师点睛：本题考查原电池原理在燃料电池中的具体应用。首先要正确判断出电池的正负极，其方法是确定在该电极上发生的是失电子还是得电子反应，若发生的是失电子反应，则是原电池的负极，反之是正极。解决此类问题应先写出总的化学反应方程式，再结合电解质溶液的成

18、分把总方程式进行整理，最后分别写出正极反应式和负极反应式，结合选项作出合理判断。2(1)今有今有2H2O2 2H2O反应，构成反应，构成燃料电池，则负极通的应是燃料电池，则负极通的应是_，正极通的，正极通的应是应是_，电极反应式为，电极反应式为：_、_。(2)如把如把KOH改为稀改为稀H2SO4作导电物质，则电作导电物质，则电极反应式为：极反应式为：_、_。(1)和和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的电解液不同，反应进行后，其溶液的的pH各有何变化？各有何变化？_。(3)如把如把H2改为甲烷，改为甲烷，KOH做导电物质，则电做导电物质，则电极反应式为极反应式为_。H2O2负极：负极：2H

19、24OH4e =4H2O正极：正极：O22H2O4e =4OH负极：负极：2H24e =4H正极：正极：O24H4e =2H2O(1)中中pH变小，变小，(2)中中pH变大变大负极：负极：CH410OH8e =CO32-7H2O正极：正极：2O24H2O8e =8OH解析：解决此题的关键是弄清原电池的电极反应类型：“负极氧化正极还原”。所以氢氧燃料电池中H2为负极反应物，O2为正极反应物。又因为是碱性溶液不可能有H参加或生成，故负极反应为：2H24OH4e 4H2O，正极反应为：O22H2O4e 4OH。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH参加反应也不可能有OH生成，负极：2H24

20、e 4H，正极：O24H4e 2H2O。由于前者在碱性条件反应，KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而后者为酸溶液，H2SO4不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，则不会有CO2放出，该电池中的电极反应为：负极：CH410OH8e CO32-7H2O，正极：2O24H2O8e 8OH。答案：(1)H2O2负极：2H24OH4e 4H2O正极：O22H2O4e 4OH(2)负极：2H24e 4H正极：O24H4e 2H2O(1)中pH变小，(2)中pH变大(3)负极：CH410OH8e CO32-7H2O正极：2O24H2O8e 8O

21、H3锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为：示为：Zn(s)2MnO22NH =Zn2Mn2O3(s)2NH3H2O，在此电池放电时正极，在此电池放电时正极(碳碳棒棒)上发生反应的物质是上发生反应的物质是()AZn B碳碳CMnO2和和NH 4+DZn2和和NH3 C解析：从所给的图中可见，Zn为原电池的负极，碳棒为原电池的正极，负极失电子变成Zn2，失去的电子被MnO2和NH得到，生成了低价态的Mn2O3和不带电的NH3。所以在正极上反应物为NH4+和MnO2。答案：C4可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以常以NaCl

22、溶液或溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()A以以NaCl溶液或溶液或NaOH溶液为电解液时，正溶液为电解液时，正极反应都为：极反应都为：O22H2O4e =4OHB以以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3e =Al(OH)3C以以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的程中电解液的pH保持不变保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极负极A解析：正极O2得电子，溶液显碱性或中性时，正极反应都为：O22H2O4e 4OH，A正确。铝作负极，铝失电子，中性溶液(NaCl)中的负极反应为：Al3e Al3，碱性溶液(NaOH)中的负极反应为：Al4OH3e AlO2-2H2O，B不正确。在碱性时总的电池反应式为：4Al3O24OH 4AlO2-2H2O，溶液pH降低，C项错。电池工作时，电子从负极流向正极，D项错。答案：A