高中化学人教版选修四（课件）第四章 电化学基础 第2节.ppt

1、知知 识识 点点 一一 知知 识识 点点 二二 学学 业业 分分 层层 测测 评评 第二节第二节 化学电源化学电源 1了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防 中的实际应用。 2认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。 3掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式。 (重难点) 一一 次次 电电 池、二池、二 次次 电电 池池 基础 初探 教材整理 1 一次电池 1碱性锌锰电池： (1)构造： (2)组成： 正极： ；负极： ；电解质： 。 (3)工作原理： 负极反应： ； 正极反应： ； 总反应：Zn2MnO22H2O2MnOOHZn(OH)2

2、。 MnO2 Zn KOH Zn2OH 2e Zn(OH)2 2MnO22H2O2e 2MnOOH2OH 2银锌电池： (1)构造： (2)组成： 负极： ；正极： ；电解质： 。 (3)工作原理： 负极反应： ； 正极反应：Ag2OH2O2e 2Ag2OH ； 总反应：ZnAg2OH2OZn(OH)22Ag。 Ag2O Zn KOH Zn2OH 2e Zn(OH)2 1碱性锌锰电池、银锌电池中的电解质溶液能否用盐酸代替？ 【提示】 不能。负极 Zn 与盐酸发生反应。 教材整理 2 二次电池(以铅蓄电池为例) 1构造： 2组成： 负极： ；正极： ；电解质： 。 3工作原理： (1)放电过程：

3、 负极 ： (氧化反应)； 正极：PbO2(s)4H (aq)SO2 4 (aq)2e PbSO4(s)2H2O(l) 总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l) Pb PbO2 H2SO4溶液 Pb(s)SO2 4 (aq)2e PbSO4(s) (2)充电过程： 阴极： ； 阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e PbO2(s)4H (aq)SO2 4 (aq)； 总反应：2PbSO4(s)2H2O(l) Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。 (3)铅蓄电池的充、放电过程 PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O PbSO4(s

4、)2e Pb(s)SO2 4 (aq) 2二次电池放电过程的正、负极电极反应与充电过程的阴、阳极电极反应 有什么关系？ 【提示】 负极的氧化反应与阴极的还原反应互为相反过程；正极的还原 反应与阳极的氧化反应互为相反过程。 合作 探究 二次电池工作原理的探究 探究背景 H2是一种优质燃料，热值高。一种充电电池的原料为 H2，其 电池反应为 H22NiO(OH) 2Ni(OH)2，它具有比能量多等优点，常作为卫星 的电源。 探究问题 1该电池属于一次电池还是二次电池？ 【提示】 二次电池。 2电池内电解质溶液呈酸性还是碱性？ 【提示】 由 H2OH 知呈碱性。 3放电时的电极反应式如何书写？ 【提

5、示】 负极：H22OH 2e 2H2O 正极：2NiO(OH)2H2O2e 2Ni(OH)22OH 4充电时的电极反应式如何书写？ 【提示】 阴极：2H2O2e H22OH 阳极：2Ni(OH)22OH 2e 2NiO(OH)2H2O 5电池充电时，外电源的负极连接二次电池的哪个电极？ 【提示】 负极或阴极。 核心 突破 1二次电池在充电时，正、负电极上发生的反应正好与放电时发生的反应 相反，因而充电时，二次电池的正极应与充电电源的正极相连接，电池的负极 应与充电电源的负极相连接。 2充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生的反应的逆过程。 【解析】 一次电池中负极发生氧化反应(失电子)，正极

6、发生还原反应(得 电子)，由 Ag2OAg 可知 Ag2O 得电子发生还原反应。 【答案】 B 2在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为： Zn2MnO22H2O2MnOOHZn(OH)2。下列该电池的电极反应，正确的 是( ) A负极反应为 Zn2e Zn2 B负极反应为 Zn2H2O2e Zn(OH)22H C正极反应为 2MnO22H 2e 2MnOOH D正极反应为 2MnO22H2O2e 2MnOOH2OH 【解析】 在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现 H 。在碱 性电池中，负极的 Zn 失去电子形成的 Zn2 应该与 OH结合为 Zn(OH) 2。

7、 【答案】 D 3Li- SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电 解质是 LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li2SOCl24LiClS SO2。 请回答下列问题： (1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为 _。 (2)电池正极发生的电极反应为 _。 (3)SOCl2易挥发，实验室中常用 NaOH 溶液吸收 SOCl2，有 Na2SO3和 NaCl 生成。如果把少量水滴到 SOCl2中，实验现象是_，反应的 化学方程式为_。 (4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是 _ _。 【解析】 (1)分析反应的化合价变化，可得 Li 为还原剂(作

8、负极)，失电子： Lie Li 。 (2)SOCl2为氧化剂， 得电子， 从题给电池反应可推出产物： Cl 、 S、 SO 2。 (或 用总反应减去负极反应) (3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是 Na2SO3和 NaCl，则没有碱液吸 收时的产物应为 SO2和 HCl，进而推出现象。 【答案】 (1)Li Lie Li (2)2SOCl24e 4Cl SSO 2 (3)出现白雾，有刺激性气味气体生成 SOCl2H2OSO22HCl (4)因为构成电池的主要成分 Li 能与氧气、水反应，SOCl2也与水反应 【解析】 放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充 电时为电解反应，

9、与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知， 阳极上发生的是 Ni(OH)2的氧化反应，D 正确。 【答案】 D 5关于铅蓄电池的说法正确的是( ) A在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)SO2 4 (aq) PbSO4(s)2e B在放电时，该电池的负极材料是铅板 C在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 D在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)2e Pb(s)SO2 4 (aq) 【解析】 A 项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为：PbO2 4H SO2 4 2e PbSO42H2O； C 项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大； D 项中电池充电时阳极应发生氧化反应。

10、【答案】 B 燃燃 料料 电电 池池 基础 初探 教材整理 1 氢氧燃料电池 1构造 2电池总反应： 。 3氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应 介质 负极反应式 正极反应式 酸性 2H24e 4H O24H 4e 2H2O 中性 2H24e 4H O22H2O4e 4OH 碱性 2H24e 4OH 4H2O O22H2O4e 4OH 2H2O22H2O 1氢氧燃料电池在什么介质中负极产生 H ？ 【提示】 酸性或中性。 2氢氧燃料电池在什么介质中正极产生 OH ？ 【提示】 中性或碱性。 教材整理 2 其他燃料电池 (1)燃料电池的燃料除氢气外，还有 、 、 、 、 等 液体或气体。 (2)若

11、用导线相连的两个铂电极插入 KOH 溶液中， 然后向两极分别通入甲醇 (CH3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是 ，其产 物最终是 ， 负极反应式是 ； 正极反应式是 ； 总反应式是 。 烃 肼 甲醇 氨 煤气 CH3OH H2O、CO2 3 2CH3OH16OH 12e 2CO2 3 12H2O 3O26H2O12e 12OH 2CH3OH3O24OH 2CO2 3 6H2O 合作 探究 燃料电池工作原理的探究 探究背景 设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是 21 世纪最富有挑 战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电 极通入汽油蒸气以壬烷(C

12、9H20)代表汽油，电池的电解质是掺杂了 Y2O3的 ZrO2 晶体，它在高温下能传导 O2 。 探究问题 1该电池放电时发生的化学方程式如何书写？ 【提示】 该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应 C9H20 14O29CO210H2O。 2该电池的正极反应如何书写？负极发生什么反应？ 【提示】 该电池的正极是氧气，得电子，电极反应是 O24e 2O2 ，负极失去电子发生氧化反应。 3固体电解质里的 O2 的移动方向是怎样的？ 【提示】 原电池中阴离子 O2 向负极移动。 4向外电路释放电子的电极为哪一极？ 【提示】 原电池中电子由负极流出，经外电路流向正极。 5若用 KOH 溶液

13、代替固体电解质，则放电时负极电极反应式如何书写？ 【提示】 C9H2074OH 56e 9CO2 3 47H2O。 核心 突破 电极反应式的书写 1根据装置书写电极反应式 (1)确定原电池的正负极及放电的物质。 首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定 原电池的正负极及放电的物质。 (2)书写电极反应式。 负极反应： 规律： 活泼金属或 H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或 H (或其他 氧化产物)，注意：生成的物质是否与电解质溶液发生反应。 正极反应： 规律：阳离子得电子生成单质或氧气得电子。 (3)写出电池总反应方程式。 结合电子守恒将正负极电极反应式相加即

14、得到电池总反应方程式。 2根据电池总反应式，写电极反应式 第一步：找出还原剂和氧化剂，确定负极、正极放电的物质； 第二步：利用电荷守恒写出电极反应式，注意电极上生成的新物质是否与 电解质溶液发生反应，如 O2 在酸性溶液中生成 H 2O，在碱性或中性条件下生成 OH ；4 价碳在酸性条件下生成 CO 2，在碱性溶液中以 CO 2 3 形式存在。 第三步：验证，将两个半反应相加，得总反应式。总反应式减去一个反应 式得到另一个反应式。 题组 冲关 题组 1 酸碱溶液中的燃料电池 1(2015 全国卷 )微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电 能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池

15、的说法错误的是( ) A正极反应中有 CO2生成 B微生物促进了反应中电子的转移 C质子通过交换膜从负极区移向正极区 D电池总反应为 C6H12O66O26CO26H2O 【解析】 图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生 还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为 O24e 4H 2H2O， C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为 C6H12O624e 6H2O6CO224H ，负极上有 CO 2产生，故 A 不正确。 B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置， 所以微生物 促进了反应中电子的转移，故 B 正确。C.质子是阳离子，阳离子由

16、负极区移向 正极区，故 C 正确。D.正极的电极反应式为 6O224e 24H 12H2O，负 极的电极反应式为 C6H12O624e 6H 2O 6CO224H ，两式相加得电池总 反应为 C6H12O66O26CO26H2O，故 D 正确。 【答案】 A 2(2015 福建高考)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装 置能将 H2O 和 CO2转化为 O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( ) A该装置将化学能转化为光能和电能 B该装置工作时，H 从 b 极区向 a 极区迁移 C每生成 1 mol O2，有 44 g CO2被还原 Da 电极的反应为：3CO218H 18e

17、 C3H8O5H2O 【解析】 结合装置图此为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化 为化学能，A 项错误；b 极连接电源的正极，为阳极，在电解池中 H 为阳离子， 向 a 极(阴极)区移动， B 项正确； 右侧 H2OO2发生的是氧化反应， 每生成 1 mol O2， 转移 4 mol 电子， C3H8O 中碳元素的化合价是2,3CO2C3H8O， 转移 18 mol 电子，故生成 1 mol O2消耗 2/3 mol CO2，C 项错误；a 电极发生的是还原反应： 3CO218H 18e C3H8O5H2O，D 项错误。 【答案】 B 题组 2 固态、熔融态的燃料电池 3(2015 江苏

18、高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该 电池的说法正确的是( ) 【导学号：29910053】 A反应 CH4 H 2O 3H2CO，每消耗 1 molCH4转移 12 mol 电子 B电极 A 上 H2参与的电极反应为：H22OH 2e 2H2O C电池工作时，CO2 3 向电极 B 移动 D电极 B 上发生的电极反应为：O22CO24e 2CO2 3 【解析】 A 选项，甲烷中的 C 为4 价，一氧化碳中的 C 为2 价，每个 碳原子失去 6 个电子，因此每消耗 1 mol 甲烷失去 6 mol 电子，所以错误；B 选 项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极

19、反应，H2参与的 电极反应式应为 H2CO2 3 2e CO2H2O，所以错误；C 选项，碳酸根离 子应向负极移动，即向电极 A 移动，所以错误；D 选项，电极 B 上氧气和二氧 化碳得电子生成碳酸根离子，所以正确。 【答案】 D 4一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺 杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导 O2 。 下 列对该燃料电池说法正确的是( ) A在熔融电解质中，O2 由负极移向正极 B电池的总反应是 2C4H1013O2= 点燃 8CO210H2O C通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e 2O2 D通入丁烷的一极是正极，电

20、极反应为：C4H1026e 13O2 4CO2 5H2O 【解析】 由原电池原理知电子从负极经导线转移到正极，所以正极上富 集电子，根据电性关系，O2 不可能移向正极，A 错；燃料电池不是在点燃的条 件下发生的，B 错误；丁烷失电子，发生氧化反应，通入丁烷的一极是负极，D 错误；O2得电子，发生还原反应，通入空气的一极是正极，C 正确。 【答案】 C 5固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以 固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2 )在其 间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极 a、b 均不参与电极反应。 下列判断正确的是( ) A由 O2放电的 a 极为电池的负极 B由 H2放电的 b 极为电池的正极 Ca 极对应的电极反应式为 O22H2O4e 4OH D该电池的总反应方程式为 2H2O2高温,2H2O 【解析】 固体介质允许 O2 通过，说明为非水体系，因此 C 项中 a 极反应式不正 确，这种表达是水溶液中进行的反应，a 极反应式应该是：1 2O22e O2 ，b 极反 应式：H22e 2H ，总反应方程式是 H 2 1 2O2 高温,H2O。 【答案】 D 学业分层测评（二十一）学业分层测评（二十一） 点击图标进入点击图标进入