1、第三单元第三单元化学能与电能的转化化学能与电能的转化专专题题6化学反应与能量变化化学反应与能量变化第第2 2课课时化时化学电源学电源1.1.知道一次电池、二次电池、燃料电池等化学电源的特点知道一次电池、二次电池、燃料电池等化学电源的特点, ,通过分析物通过分析物质在化学电源正极、负极得失电子质在化学电源正极、负极得失电子, ,认识化学电源反应的本质认识化学电源反应的本质, ,形成宏形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。观辨识与微观探析的学科核心素养。2.2.能正确书写简单化学电源的电极反应式能正确书写简单化学电源的电极反应式, ,通过对化学电源的分析推理通过对化学电源的分析推理, ,建立观点、
2、结论与证据之间的关系建立观点、结论与证据之间的关系, ,从而促进证据推理与模型认知学科从而促进证据推理与模型认知学科核心素养的发展。核心素养的发展。知识铺垫1.生活中常见的化学电源有锂电池、铅蓄电池、干电池、光伏电池等。2.随意丢弃废旧电池的主要危害是重金属污染。3.化学反应中化学能可以转化为热能、光能、电能等,热能、光能、电能等也可以转化为化学能,如制水煤气、植物的光合作用、水的电解等。自主梳理1.化学电源的原理与分类(1)原理:原电池原理。太阳能电池不属于原电池 (2)优点:化学电源的能量转化率比燃料燃烧高得多。 (3)分类: 【微思考1】一次电池和二次电池是否指分别只能使用一次和两次的电
3、池?提示 不是。一次电池是不可充电电池,电量一旦放完就无法再次使用;二次电池是可充电电池,电量放完后可进行充电,可反复使用多次。2.常见化学电源的组成 电池名称电极材料电解质溶液负极正极锌锰干电池锌石墨棒氯化铵等银锌纽扣电池锌氧化银氢氧化钾溶液铅蓄电池铅二氧化铅硫酸镍氢电池储氢合金泡沫氧化镍氢氧化钾溶液氢氧燃料电池H2放电O2放电氢氧化钾溶液甲醇空气燃料电池甲醇放电O2放电氢氧化钾溶液【微思考2】什么是燃料电池?燃料电池中燃料需要燃烧吗?提示 燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应,将化学能直接转化为电能的装置,燃料不需要燃烧。3.电解池(1)电解池是将电能转化为化学能的装
4、置。(2)电解在物质制备中的应用:电解水制得氢气和氧气。电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。电解熔融Al2O3制Al。阳极:2O2-4e-=O2阴极:Al3+3e-=Al(冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂)总反应方程式:2Al2O3 4Al+3O2;电解熔融氯化钠得到钠。电极反应:阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:2Na+2e-=2Na总反应方程式:2NaCl(熔融) 2Na+Cl2。 自我检测1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)充电电池可以无限制地反复充、放电()(2)铅蓄电池放电时的负极发生还原反应()(3)Zn具有还原性和导电性,可用作锌锰干电池的负极材料()(4)氢氧燃
5、料电池的总反应式为2H2+O2 2H2O()(5)在制备简易氢氧燃料电池时,将碳电极做成多孔碳棒电极的目的是吸附气体() 2.Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。该电池的负极材料是。电池工作时,电子流向(填“正极”或“负极”)。 正极Zn(或锌)新知一新知一 认认识常见的化学电源及其工作原理识常见的化学电源及其工作原理问题探究图示列举了三种化学电池,请结合图示了解它们的工作原理,并比较它们的异同。(1)图示三种电池的类别分别是什么?提示 燃料电池、一次电池、二次电池。(2)结合所学知识判断干电池与充电电池的本质区别。提示 干电池是一次电池,放电之后不能充
6、电,即内部的氧化还原反应是不可逆的;充电电池又称二次电池,它在放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态。(3)怎样判断燃料电池的正负极?燃料电池的两电极反应有何特点?提示 通燃料的电极为负极,通O2(或空气)的电极为正极。燃料电池的两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。燃料电池常用的燃料有H2、CH4、C2H4、CH3OH等可燃性物质,在反应中燃料一般表现为失去电子,从电源负极通入。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,从电源正极通入。深化拓展1.常见化学电源的反应原理(1)锌锰干电池Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH
7、)(2)铅蓄电池对于可充电电池,放电时为原电池,是自发进行的氧化还原反应,充电时为电解池,是被迫进行的氧化还原反应PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O (3)甲醇-空气燃料电池2CH3OH+3O2+4OH-=2C +6H2O2.氢氧燃料电池的反应原理及特点 氢氧燃料电池反应原理示意图 (1)燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应,将化学能直接转化为电能的化学电源。(2)燃料电池与火力发电相比,其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部,而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。【微点拨】(1)燃料电池的本质是燃料与氧化剂之间能够发
8、生自发的氧化还原反应,且能够对外放出能量。(2)燃料电池在使用过程中并没有发生燃料的燃烧,而是燃料和氧化剂分别在两极放电,将化学能转化为电能。(3)燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应,而燃料电池中发生的氧化还原反应则是缓和平稳的。(4)燃料燃烧时,大量的热能释放到空气中,能量利用率低,燃料电池工作时,能量转化率较高,是一种高效、环境友好的发电装置。素能应用例1 下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是() A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏C.铅蓄电池工作时,电能转化成化学能D.氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源C特别提醒(
9、1)废旧电池中的镉、镍、汞、铅等重金属阳离子会对土壤和水造成污染,因此要回收处理。(2)二次电池可循环使用,但充、放电次数仍有限制,有一定的使用寿命。(3)燃料电池的燃料可随时添加,电池可持续放电,这是其他电池无法比拟的。变式训练1下列有关锌锰干电池的说法正确的是()A.锌外壳是负极,碳棒是正极B.在外电路中电子从碳棒流向锌外壳C.电流从锌外壳流到碳棒上D.在电池内部阳离子从碳棒向锌外壳移动A新知二新知二 新新型化学电源的原理及电极反应式的书写方法型化学电源的原理及电极反应式的书写方法问题探究(1)教材中,“锌锰干电池”电池反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO
10、(OH)。则电池工作时负极的电极反应式是什么?提示 负极(锌筒):Zn-2e-=Zn2+。(2)铅蓄电池工作时,放电时的电极反应式分别为 当电路中转移0.2 mol电子,负极、正极质量如何变化? 提示 负极质量增加9.6 g,正极质量增加6.4 g。根据放电时正极、负极反应分析得:当电路中转移0.2 mol电子,负极Pb(s)PbSO4(s);正极PbO2(s)PbSO4(s),负极质量增加9.6 g,正极质量增加6.4 g。(3)氢氧燃料电池在酸性条件和碱性条件下的正极反应式相同吗?若不同,请分别写出电极反应式。提示 不相同。酸性条件下正极反应式:O2+4H+4e-=2H2O,碱性条件下正极
11、反应式:2H2O+O2+4e-=4OH-。深化拓展1.电极反应式书写的一般步骤电极反应式的书写类似氧化还原反应方程式的书写。书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存 2.利用总反应式书写电极反应式书写步骤:步骤一:写出电池总反应式,标出电子转移的方向和数目(ne-)。步骤二:找出正、负极,失电子的电极为负极;确定溶液的酸碱性。步骤三:写电极反应式。负极反应:还原剂-ne-=氧化产物正极反应:氧化剂+ne-=还原产物素能应用例2 Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A.负极反应式为Mg-2e-=Mg2+B.正极反应式为Ag+e-=AgC.电池放电时Cl
12、-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2B【微点拨】解答本题时应遵循以下思路:确认电池原理判断电极核实电子、离子移动方向;电极反应式是否正确【变式设问】(1)该电池能否用KCl溶液激活?提示 能。Mg-AgCl电池能够被海水(主要是含大量的氯化钠)激活,改用KCl溶液作电解质溶液也能够激活电池。(2)该电池能否用于海上应急照明供电?提示 能。该电池相当于原电池。规律方法(1)电极判断的方法:分析电池中发生氧化还原反应的方程式,化合价升高、失电子的物质(如燃料电池中的可燃物)为负极反应物,化合价降低、得电子的物质(如燃料电池中通的空气或氧气)为正极反应物。(2)
13、电极反应式的书写:规律:原电池的两电极反应式之和即为总反应式。介质环境:结合介质环境和电荷守恒,补充适当的微粒,如酸性为H+和H2O、碱性为OH-和H2O。得氧时,酸性溶液反应物中加H2O,碱性或中性时加OH-;失氧时,酸性溶液反应物中加H+,碱性或中性时加OH-。注意事项:一看电极材料,二看介质环境,三看附加条件与信息。变式训练2锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高的特点而受到普遍重视,目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li+MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是()A.Li是正极,电极反应为Li-e-=Li+B.Li是负极,电极反应为Li-e-=Li+C.MnO2是负
14、极,电极反应为MnO2+e-=MnD.Li是负极,电极反应为Li-2e-=Li2+B1.下列几种化学电池中,不属于可充电电池的是()A.锌锰干电池 B.手机用锂电池C.汽车用铅蓄电池D.玩具用镍氢电池A2.某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是()A.锌筒是原电池的正极B.石墨电极上发生氧化反应C.铵根离子流向石墨电极D.电子由石墨电极沿电解质溶液流向锌筒C3.下列化学电池不易造成环境污染的是()A.氢氧燃料电池B.锌锰干电池C.镍镉电池 D.铅蓄电池A4.有一种微型电池,其电极分别为Zn和Ag2O,电解质溶液是KOH溶液,试回答下列问题:(1)原电池是把能转化成能的装置。 (2)该电池中Zn极为极。 (3)当金属Zn消耗了16.25 g时,转移电子的物质的量为。 答案 (1)化学电(2)负(3)0.5 mol
