2020化学新素养同步鲁教选修4（课件+讲义+素养练）：第1章第3节　化学能转化为电能-电池 第2课时.ppt

1、1 完成课前学习 探究核心任务 第第2课时课时 化学电源化学电源 学业要求学业要求 素养对接素养对接 能列举常见的化学电源能列举常见的化学电源，并能利用相关并能利用相关 信息分析化学电源的工作原理信息分析化学电源的工作原理。 1.科学探究：了解不同化学电源的工作科学探究：了解不同化学电源的工作 原理原理。 2.社会责任：了解各类电池的生产工艺社会责任：了解各类电池的生产工艺 和回收价值和回收价值，新型电池的开发新型电池的开发。 2 完成课前学习 探究核心任务 知知 识识 梳梳 理理 知识点一知识点一、化学电池化学电池 1.概念：是将概念：是将_直接转化为直接转化为_的装置的装置。化学电池的主要

2、部分是化学电池的主要部分是 _溶液和浸在溶液中的溶液和浸在溶液中的_极和极和_极极，使用时将两极用导线接通使用时将两极用导线接通，就就 有电流产生有电流产生，因而获得电能因而获得电能。 2.分类分类 （如普通锌锰电池 （如普通锌锰电池干电池）干电池） （如铅蓄电池）（如铅蓄电池） （如氢氧燃料电池）（如氢氧燃料电池） 化学能化学能 电能电能 电解质电解质 正正 负负 一次电池一次电池 二次电池二次电池 燃料电池燃料电池 3 完成课前学习 探究核心任务 知识点二知识点二、常见的化学电池常见的化学电池 1.一次电池一次电池 (1)酸性锌锰电池酸性锌锰电池 组成组成 正极：石墨；负极：锌筒；电解质：

3、正极：石墨；负极：锌筒；电解质：_。 工作原理工作原理 负极反应：负极反应：_； 正极反应：正极反应：_。 氯化铵和氯化锌混合溶液氯化铵和氯化锌混合溶液 Zn2e =Zn2 2NH 4 2e =2NH 3 H2 4 完成课前学习 探究核心任务 (2)碱性锌锰电池碱性锌锰电池 组成组成 正极：正极：_；负极：；负极：_；电解质：；电解质：_。 工作原理工作原理 负极反应：负极反应：_； 正极反应：正极反应：_。 总反应：总反应：ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2。 MnO2 Zn KOH Zn2OH 2e =ZnO H2O MnO22e 2H2O=Mn(OH)22OH 5 完成课前学习 探

4、究核心任务 2.二次电池二次电池(以铅蓄电池为例以铅蓄电池为例) (1)组成组成 正极：正极：_；负极：；负极：_；电解质：；电解质：_。 (2)工作原理工作原理 铅蓄电池是最常见的二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程其电极反应分为放电和充电两个过程。 放电过程的电极反应放电过程的电极反应、总反应总反应 负极：负极：_； 正极：正极：_； 总反应：总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。 PbO2 Pb H2SO4溶液溶液 Pb2e SO2 4 =PbSO4 PbO22e 4H SO2 4 =PbSO42H2O 6 完成课前学习 探究核心任务 充

5、电过程的电极反应、总反应充电过程的电极反应、总反应 阴极：阴极：_(还原反应还原反应)； 阳极：阳极：_(氧化反应氧化反应)。 总反应：总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。 铅蓄电池的充、放电过铅蓄电池的充、放电过程程 PbPbO22H2SO4 放电放电 充电充电 2PbSO42H2O。 PbSO42e =Pb SO2 4 PbSO42e 2H2O=PbO24H SO2 4 7 完成课前学习 探究核心任务 3.燃料电池燃料电池 (1)氢氧燃料电池氢氧燃料电池 下图为一种氢氧燃料电池结构示意图下图为一种氢氧燃料电池结构示意图，电解质溶液为电解质溶液为KOH溶液溶液，电极材料为

6、多电极材料为多 孔石墨孔石墨，氢气和氧气氢气和氧气(或空气或空气)源源不断地通到电极上源源不断地通到电极上。 8 完成课前学习 探究核心任务 则氢氧燃料电池的电极反应为则氢氧燃料电池的电极反应为 负极：负极：_； 正极：正极：_； 电池总反应为电池总反应为_。 (2)工作原理工作原理 燃料电池不同于一般的原电池和蓄电池燃料电池不同于一般的原电池和蓄电池，它的特点是电池的正负极反应物气体分它的特点是电池的正负极反应物气体分 别储存在电池之外的容器中别储存在电池之外的容器中。两种气体分别不断地输入燃料电池的两极两种气体分别不断地输入燃料电池的两极，通过燃通过燃 料气体在料气体在_发生的发生的_和氧

7、气在和氧气在_发生的发生的_， 实现一个相当于燃烧反应的电池反应实现一个相当于燃烧反应的电池反应，将化学能转变为电能将化学能转变为电能。 燃料电池的燃料除了氢气外燃料电池的燃料除了氢气外，还有还有_、甲醇和甲醇和_等等。 2H24OH 4e =4H2O O22H2O4e =4OH 2H2O2=2H2O 负极负极 氧化反应氧化反应 正极正极 还原反应还原反应 甲烷甲烷 乙醇乙醇 9 完成课前学习 探究核心任务 (3)应用前景应用前景 燃料电池具有能量利用效率高燃料电池具有能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点可连续使用和污染轻等优点，已成为一种发展前已成为一种发展前 景十分广阔的化学电源景十分

8、广阔的化学电源。 10 完成课前学习 探究核心任务 1.化学电池与其他能源相比有哪些优点化学电池与其他能源相比有哪些优点？ 答案答案 化学电池的优点是：化学电池的优点是：能量转换效率高能量转换效率高，供能稳定可靠供能稳定可靠。可以制成各种可以制成各种 形状和大小形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组不同容量和电压的电池和电池组，使用方便使用方便。易维护易维护，可在各种可在各种 环境下工作环境下工作。 自自 我我 检检 测测 11 完成课前学习 探究核心任务 2.如何给可充电电池充放电如何给可充电电池充放电？其充放电过程的区别与联系是什么其充放电过程的区别与联系是什么？ 答案答案 (1)可充电

9、电池充放电时电池的接法：可充电电池充放电时电池的接法： 联系：电池充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生反应的逆过程联系：电池充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生反应的逆过程。 12 完成课前学习 探究核心任务 3.如图是氢氧燃料电池示意图如图是氢氧燃料电池示意图，请根据示意图判断正负极请根据示意图判断正负极，并试写出在不同电解质并试写出在不同电解质 中的电极反应中的电极反应。 氢氧燃料电池示意图氢氧燃料电池示意图 13 完成课前学习 探究核心任务 介质介质 电池反应：电池反应：2H2O2=2H2O 酸性酸性(H ) 负极负极 正极正极 中性中性(Na2SO4) 负极负极 正极正极 碱性

10、碱性(OH ) 负极负极 正极正极 14 完成课前学习 探究核心任务 答案答案 通通H2的一极为负极的一极为负极，通通O2的一极为正极的一极为正极。 介质介质 电池反应：电池反应：2H2O2=2H2O 酸性酸性(H ) 负极负极 2H24e =4H 正极正极 O24H 4e =2H2O 中性中性(Na2SO4) 负极负极 2H24e =4H 正极正极 O22H2O4e =4OH 碱性碱性(OH ) 负极负极 2H24e 4OH =4H2O 正极正极 O22H2O4e =4OH 15 完成课前学习 探究核心任务 学习任务一学习任务一、二次电池二次电池 【交流思考交流思考】 图图1是可充放电的铅蓄

11、电池是可充放电的铅蓄电池，图图2 是银锌纽扣电池是银锌纽扣电池，你了解它们的工作原理吗你了解它们的工作原理吗？ 它们的电池反应分别是什么它们的电池反应分别是什么？ 提示提示 PbPbO22H2SO42PbSO42H2O；Ag2OZn=ZnO2Ag。 16 完成课前学习 探究核心任务 【名师点拨名师点拨】 1.可充电电池电极极性和两极反应物的判断可充电电池电极极性和两极反应物的判断 判断电池放电时电极极性和参加反应的物质判断电池放电时电极极性和参加反应的物质，可先标出放电可先标出放电(原电池原电池)总反应电子总反应电子 转移的数目转移的数目，失去电子的一极为负极失去电子的一极为负极，该物质即为负

12、极参加反应的物质；得到电该物质即为负极参加反应的物质；得到电 子的一极为正极子的一极为正极，该物质即为正极参加反应的物质该物质即为正极参加反应的物质。若判断电池充电时电极极性若判断电池充电时电极极性 和参加反应的物质和参加反应的物质，可直接利用阳极反应为放电时的正极反应的逆反应可直接利用阳极反应为放电时的正极反应的逆反应，阴极反阴极反 应为放电时的负极反应的逆反应应为放电时的负极反应的逆反应，进行判断进行判断。 17 完成课前学习 探究核心任务 2.电极反应的书写方法电极反应的书写方法 书写可充电电池电极反应书写可充电电池电极反应，一般都是先书写放电的电极反应一般都是先书写放电的电极反应。书写

13、放电的电极反书写放电的电极反 应时应时，一般分三步书写：第一一般分三步书写：第一，先标出原电池总反应电子转移的方向和数目先标出原电池总反应电子转移的方向和数目，指指 出参与负极和正极反应的物质；第二出参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较容易书写的电极反应写出一个比较容易书写的电极反应(书写书写 时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)；第三；第三，在电子守恒的基础上在电子守恒的基础上， 总反应减去写出的电极反应即得另一电极反应总反应减去写出的电极反应即得另一电极反应。 充电的电极反应与放电的电极反应过程相反充电的电极反应与放电的电极反应过程相反

14、，充电的阳极反应为放电正极反应的充电的阳极反应为放电正极反应的 逆过程逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。 18 完成课前学习 探究核心任务 3.溶液中离子的移动方向判断溶液中离子的移动方向判断 4.pH变化规律变化规律 放电时放电时，阴离子移向负极阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极阴离子移向阳极，阳离子阳离子 移向阴极移向阴极。 若电极反应消耗若电极反应消耗OH (H)， ，则电极周围溶液的则电极周围溶液的pH减小减小(增大增大)，若电极反应生成若电极反应生成 H (OH)， ，则电极周围溶液的则电极周围

15、溶液的pH减小减小(增大增大)；若总反应的结果是消耗；若总反应的结果是消耗OH (H) ，则溶液的则溶液的pH减小减小(增大增大)，若总反应的结果是生成若总反应的结果是生成H (OH)， ，则溶液的则溶液的pH减小减小( 增大增大)；若两极消耗或生成的；若两极消耗或生成的OH (H)的物质的量相等 的物质的量相等，则溶液的则溶液的pH变化规律视变化规律视 溶液的酸碱性及是否有水生成而定溶液的酸碱性及是否有水生成而定，应具体问题具体分析应具体问题具体分析。 19 完成课前学习 探究核心任务 (1)铅蓄电池的负极材料是铅蓄电池的负极材料是_。 (2)请依据两极材料和总反应请依据两极材料和总反应，写

16、出放电时正极反应式写出放电时正极反应式 _。 (3) 请 依 据 总 反 应 式 和 正 极 反 应 式请 依 据 总 反 应 式 和 正 极 反 应 式 ， 写 出 放 电 时 负 极 反 应 式写 出 放 电 时 负 极 反 应 式 _。 【典例【典例 1】 常见铅蓄电池是二次电池，其电极材料分别为常见铅蓄电池是二次电池，其电极材料分别为 Pb 和和 PbO2，电解液为稀，电解液为稀 硫酸溶液，工作时的总反应式为硫酸溶液，工作时的总反应式为 PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。请依据。请依据 上述情况判断：上述情况判断： 20 完成课前学习 探究核心任务 (4)放电时放电时，电解

17、质溶液中阴离子移向电解质溶液中阴离子移向_极；电流方向从极；电流方向从_电极流向电极流向 _电极电极。 (5)放电时放电时，电解质溶液的酸性电解质溶液的酸性_(填填“增强增强”“”“减弱减弱”或或“不变不变”)。 (6)充电时充电时PbO2极发生极发生_反应反应，电极反应式为电极反应式为_；Pb极发极发 生生_反应反应，电极反应式为电极反应式为_。 21 完成课前学习 探究核心任务 解析解析 此题考查常见电池的工作原理此题考查常见电池的工作原理，结合各电极反应式及其总反应式解答结合各电极反应式及其总反应式解答。依依 据原电池的反应原理据原电池的反应原理、铅蓄电池的工作原理及其总反应式可得答案铅

18、蓄电池的工作原理及其总反应式可得答案。 答案答案 (1)铅铅(Pb) (2)PbO24H SO2 4 2e =PbSO 4 2H2O (3)PbSO2 4 2e =PbSO4 (4)负负 氧化铅氧化铅(PbO2) 铅铅(Pb) (5)减弱减弱 (6)氧化氧化 PbSO4 2H2O2e =PbO 2 4H SO2 4 还原还原 PbSO42e =Pb SO2 4 22 完成课前学习 探究核心任务 下列说法不正确的是下列说法不正确的是( ) A.放电时放电时，负极的电极反应式：负极的电极反应式：Lie =Li B.充电时充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应既发生氧化反应又发生还

19、原反应 C.该电池不能用水作为电解质溶液该电池不能用水作为电解质溶液 D.放电过程中放电过程中Li 向负极移动 向负极移动 解析解析 负极负极Li失去电子生成失去电子生成Li 移向正极 移向正极。 答案答案 D 变式训练变式训练 1 市场上经常见到的标记为市场上经常见到的标记为 Li- ion 的电池称为的电池称为“锂离子电池锂离子电池”。它的负。它的负 极材料是金属锂和碳的复合材料极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导，电解质为一种能传导 Li 的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为 Li2Li0

20、.35 NiO22Li0.85NiO2。 23 完成课前学习 探究核心任务 学习任务二学习任务二、燃料电池燃料电池 【观图助学观图助学】 燃料电池被人们誉为燃料电池被人们誉为”绿色绿色”发电站发电站，除了氢气以外除了氢气以外，烃烃、肼肼、甲醇甲醇、氨氨、煤气煤气 等液体或气体等液体或气体，均可作为燃料电池的燃料均可作为燃料电池的燃料。试述燃料电池的优越性试述燃料电池的优越性，设想它的发设想它的发 展前景展前景。 24 完成课前学习 探究核心任务 【名师点拨名师点拨】 燃料电池规律的总结燃料电池规律的总结 (1)总反应：总反应是燃料的燃烧反应总反应：总反应是燃料的燃烧反应。如如2H2O2=2H2

21、O、CH42O2=CO2 2H2O(酸性酸性)、CH42O22NaOH=Na2CO33H2O(碱性碱性)等等。 (2)正极反应：燃料电池的正极上是氧化剂正极反应：燃料电池的正极上是氧化剂，发生还原反应发生还原反应。通常是通常是O24e 2H2O=4OH (碱性 碱性)、O24e 4H =2H2O(酸性 酸性)等等。 (3)负极反应：燃料电池的负极上是燃料发生氧化反应负极反应：燃料电池的负极上是燃料发生氧化反应。书写负极的电极反应式书写负极的电极反应式 通常有两种方法通常有两种方法(思路思路)。 方法一：守恒分析法方法一：守恒分析法 首先确定还原剂首先确定还原剂、氧化产物及失去的电子数氧化产物及

22、失去的电子数，然后依据介质然后依据介质(H 或 或OH )来使电 来使电 荷和原子个数守恒荷和原子个数守恒。 25 完成课前学习 探究核心任务 以甲烷燃料电池以甲烷燃料电池(NaOH 溶液为电解质溶液溶液为电解质溶液)为例说明如下：为例说明如下： CH4是还原剂，是还原剂，CO2是氧化产物，但碱溶液中是氧化产物，但碱溶液中 CO2转化为转化为 CO2 3 ，由，由， 升高升高 8 价，故有：价，故有：CH48e CO2 3 。平衡电荷：左边失平衡电荷：左边失 8 个电子，右边有个电子，右边有 2 个个 负电荷，故应在左边加上负电荷，故应在左边加上 10 个负电荷，即个负电荷，即 CH48e 1

23、0OH CO2 3 。将将 H、O 原子数配平得：原子数配平得：CH48e 10OH =CO2 3 7H2O。 若为酸性电池，则书写步若为酸性电池，则书写步骤为骤为 CH48e CO2。平衡电荷：左边平衡电荷：左边 失失 8 个电子，不可能加个电子，不可能加 OH ，应在右边加 ，应在右边加 H ： ：CH48e CO28H 。 。左边加左边加 H2O 并配平得：并配平得：CH48e 2H2O=CO28H 。 。 26 完成课前学习 探究核心任务 方法二：反应式相减法方法二：反应式相减法 用电池总反应式减去正极的电极反应式可得出负极的电极反应式。用电池总反应式减去正极的电极反应式可得出负极的电

24、极反应式。 总反应：总反应：CH42O22OH =CO2 3 3H2O(碱性电池碱性电池) )正极反应：正极反应：2O28e 4H2O=8OH 负极反应：负极反应：CH48e 10OH =CO2 3 7H2O。 总反应：总反应：CH42O2=CO22H2O(酸性电池酸性电池) )正极反应：正极反应：2O28e 8H =4H 2O 负极反应：负极反应：CH48e 2H2O=CO28H 。 。 27 完成课前学习 探究核心任务 【典例典例2】 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法。 (1)酸性条件燃料电池总反应式：酸性

25、条件燃料电池总反应式：_。 正极反应式：正极反应式：_。 负极反应式：负极反应式：_。 (2)碱性条件燃料电池总反应式：碱性条件燃料电池总反应式：_。 正极反应式：正极反应式：_。 负极反应式：负极反应式：_。 28 完成课前学习 探究核心任务 (3)固体电解质固体电解质(高温下能传导高温下能传导O2 )燃料电池 燃料电池 总反应式：总反应式：_。 正极反应式：正极反应式：_。 负极反应式：负极反应式：_。 (4)熔融碳酸盐熔融碳酸盐(如熔融如熔融K2CO3)环境下电池总反应式：环境下电池总反应式： _。 正极反应式：正极反应式：_。 负极反应式：负极反应式：_。 29 完成课前学习 探究核心

26、任务 答案答案 (1)CH42O2=CO22H2O 2O28H 8e =4H 2O CH48e 2H2O=CO28H (2)CH42O22OH =CO2 3 3H2O 2O24H2O8e =8OH CH410OH 8e =CO2 3 7H2O (3)CH42O2=CO22H2O 2O28e =4O2 CH44O2 8e =CO 2 2H2O (4)CH42O2=CO22H2O 2O24CO28e =4CO2 3 CH44CO2 3 8e =5CO 2 2H2O 30 完成课前学习 探究核心任务 变式训练变式训练2 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结

27、构示意图如图所示。关于该电池关于该电池 的叙述正确的是的叙述正确的是( ) A.该电池能够在高温下工作该电池能够在高温下工作 B.电池的负极反应为：电池的负极反应为：C6H12O66H2O24e =6CO 2 24H C.放电过程中，放电过程中，H 从正极区向负极区迁移 从正极区向负极区迁移 D.在电池反应中，每消耗在电池反应中，每消耗 1 mol 氧气理论上能生成标准状氧气理论上能生成标准状 况下况下 CO2气体气体22.4 6 L 31 完成课前学习 探究核心任务 解析解析 微生物燃料电池只能在常温下工作微生物燃料电池只能在常温下工作，A错；放电过程为原电池反应错；放电过程为原电池反应 ，H 应向正极迁移 应向正极迁移，C错；由电池反应错；由电池反应C6H12O66O2=6CO26H2O知知 ，每消耗每消耗1 mol O2理论上生成理论上生成1 mol CO2，即标况下即标况下22.4 L，D错错。 答案答案 B 32 本节内容结束