1、第三单元化学能与电能的第三单元化学能与电能的转化转化第第2课时化学电源电解池课时化学电源电解池自主自主预习预习新知新知导学导学合作探究合作探究释疑释疑解惑解惑课课 堂堂 小小 结结课标定位课标定位素养阐释素养阐释1.认识生活中常用的各类电池认识生活中常用的各类电池,能用原电池原理能用原电池原理解释各类化学电源的工作原理解释各类化学电源的工作原理,体会化学学科的体会化学学科的社会价值。社会价值。2.能依据原电池原理正确书写简单化学电源的能依据原电池原理正确书写简单化学电源的电极反应式电极反应式,提高模型认知的能力。提高模型认知的能力。3.能说出电解池的能量转化形式以及简单应用。能说出电解池的能量
2、转化形式以及简单应用。一、化学电源一、化学电源1.分类。分类。(1)一次电池一次电池:不能充电不能充电,用过之后不能复原。用过之后不能复原。(2)二次电池二次电池:可充电可充电,可多次重复使用。可多次重复使用。(3)燃料电池。燃料电池。2.常见的化学电源常见的化学电源。 【自主思考【自主思考1】 铅蓄电池的电池反应式为铅蓄电池的电池反应式为Pb+PbO2+ 2H2SO42PbSO4+2H2O。请写出负极、正极的电极反应。请写出负极、正极的电极反应式。式。【自主思考【自主思考2】 燃料电池两电极反应有何特点燃料电池两电极反应有何特点?提示提示:两个电极均为惰性电极两个电极均为惰性电极,本身不参与
3、反应。燃料电池本身不参与反应。燃料电池常用的燃料有常用的燃料有H2、CH4、C2H4、CH3OH等可燃性物质等可燃性物质,在反在反应中燃料一般表现为失去电子应中燃料一般表现为失去电子,在电源负极通入。常用的氧在电源负极通入。常用的氧化剂是氧气化剂是氧气,在反应中表现为得到电子在反应中表现为得到电子,在电源正极通入。在电源正极通入。二、电解池二、电解池1.定义定义:电解池是将电解池是将电电能转化为能转化为化学化学能的装置。能的装置。2.应用。应用。(3)电冶金制活泼金属电冶金制活泼金属(Na、Mg、Al、Ca等等)。 阳极阳极(发生氧化反应发生氧化反应):2O2-4e-O2,阴极阴极(发生还原反
4、应发生还原反应):Al3+3e-Al。电解熔融的氯化钠、氯化镁、氯化钙可分别得到钠、镁、电解熔融的氯化钠、氯化镁、氯化钙可分别得到钠、镁、钙的单质和氯气。钙的单质和氯气。【效果自测】【效果自测】 1.判断正误判断正误,正确的画正确的画“ ”,错误的画错误的画“”。(1)锌锰干电池工作一段时间后石墨棒变细。锌锰干电池工作一段时间后石墨棒变细。()(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。()(3)充电电池可以无限制地反复充电、放电。充电电池可以无限制地反复充电、放电。()(4)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高。氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率
5、高。( )(5)电解池是将电能转化为化学能的装置。电解池是将电能转化为化学能的装置。()(6)电解池与原电池一样电解池与原电池一样,都需要自发进行的氧化还原反应。都需要自发进行的氧化还原反应。() 2.1800年伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆年伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流产生了电流,这个装置后来称为伏打电池这个装置后来称为伏打电池(也叫伏打电堆也叫伏打电堆),如如下图所示下图所示。观察示意图观察示意图,思考回答下列问题思考回答下列问题:(1)负极是负极是,电极反应电极反应: 。 (2)正极是正极是。 (3)猜测得电子发生还原反应的物质可能是猜测得电子发生还原
6、反应的物质可能是。 答案答案:(1)ZnZn-2e-Zn2+ (2)Cu (3)氧气氧气3.金属钠通过电解熔融的氯化钠制备金属钠通过电解熔融的氯化钠制备,其电解反应方程式为其电解反应方程式为。 4.铅酸蓄电池是常用的化学电源铅酸蓄电池是常用的化学电源,其电极材料分别是其电极材料分别是Pb和和PbO2,电解质溶液为稀硫酸电解质溶液为稀硫酸,该电池工作时发生的总反应为该电池工作时发生的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。试回答下列问题。试回答下列问题:(1)铅酸蓄电池的负极材料是铅酸蓄电池的负极材料是, 正极材料是正极材料是。 (2)电池工作时电池工作时, 溶液溶液中中 移
7、移向向极。极。 (3)电池工作时电池工作时,电解质溶液的电解质溶液的c(H+)(填填“增大增大”“减小减小”或或“不变不变”)。 (4)若有若有1 mol电子从某电极流出电子从某电极流出,则参加反应的则参加反应的H2SO4是是 mol,负极的质量变化是负极的质量变化是(填填“增大增大”或或“减小减小”) g。 答案答案:(1)PbPbO2 (2)负负 (3)减小减小 (4)1增大增大48解析解析:(1)铅酸蓄电池放电时是原电池。根据电池总反应及铅酸蓄电池放电时是原电池。根据电池总反应及原电池原理原电池原理,负极发生氧化反应负极发生氧化反应,Pb为负极为负极;正极发生还原反正极发生还原反应应,P
8、bO2为正极。为正极。(2)原电池工作时原电池工作时,溶液中阴离子移向负极。溶液中阴离子移向负极。(3)由电池总反应可知由电池总反应可知H2SO4参加反应参加反应,且生成且生成H2O,所以溶液所以溶液中中c(H+)减小。减小。(4)根据总反应式根据总反应式,若从负极流出若从负极流出1 mol电子电子,参参加反应的加反应的H2SO4是是1 mol,负极有负极有0.5 mol Pb转化为转化为PbSO4,负极负极增大质量即为增大质量即为0.5 mol 的质量的质量,即即48 g。 探究任务探究任务 化学电源化学电源电极反应式的电极反应式的书写书写问题引领问题引领如图所示如图所示,可形成氢氧燃料电可
9、形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸池。通常氢氧燃料电池有酸式式(当电解质溶液为硫酸时当电解质溶液为硫酸时)和和碱式碱式当电解质溶液为当电解质溶液为NaOH(aq)或或KOH(aq)时时两种。两种。氢氧燃料电池示意图氢氧燃料电池示意图1.酸式氢氧燃料电池的电极反应和总反应方程式如何书写酸式氢氧燃料电池的电极反应和总反应方程式如何书写?电解质溶液中电解质溶液中c(H+)如何变化如何变化?提示提示:负极负极:2H2-4e-4H+,正极正极:O2+4H+4e-2H2O,总总反应反应:2H2+O22H2O,电解质溶液的电解质溶液的pH变大。正极上变大。正极上,O2得得电子变为电子变为O2-,溶液中溶
10、液中O2-不能单独存在不能单独存在,酸性条件下与酸性条件下与H+结合结合成成H2O。负极上。负极上,H2失电子变为失电子变为H+,H+进入电解质溶液。电池进入电解质溶液。电池总反应相当于总反应相当于H2在在O2中燃烧的反应中燃烧的反应,由于有水生成由于有水生成,溶液将逐溶液将逐渐变稀渐变稀,c(H+)变小。变小。2.碱式氢氧燃料电池的电极反应和总反应方程式如何书写碱式氢氧燃料电池的电极反应和总反应方程式如何书写?电解质溶液中电解质溶液中c(OH-)如何变化如何变化?提示提示:负极负极:2H2+4OH-4e-4H2O,正极正极:O2+2H2O+4e-4OH-,总反应总反应:2H2+O22H2O,
11、电解质溶液的电解质溶液的pH变小。变小。正极上正极上,O2得电子变为得电子变为O2-,溶液中溶液中O2-不能单独存在不能单独存在,碱性条件碱性条件下与下与H2O结合成结合成OH-。负极上。负极上,H2失电子变为失电子变为H+,碱性条件下碱性条件下H+不能大量存在不能大量存在,与与OH-结合成结合成H2O。电池总反应相当于。电池总反应相当于H2在在O2中燃烧的反应。同样中燃烧的反应。同样,由于有水生成由于有水生成,c(OH-)变小。变小。3.二次电池放电和充电时的反应互为可逆反应吗二次电池放电和充电时的反应互为可逆反应吗?提示提示:不是。因为反应条件不同。不是。因为反应条件不同。归纳提升归纳提升
12、1.书写电极反应式的原则。书写电极反应式的原则。电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒,遵循遵循离子方程式的书写规则离子方程式的书写规则,两电极反应式相加得电池总化学两电极反应式相加得电池总化学(或或离子离子)方程式。方程式。2.充电电池电极反应式的书写方法。充电电池电极反应式的书写方法。(1)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,指出参指出参与负极和正极反应的物质。与负极和正极反应的物质。(2)写出一个比较容易书写的电极反应式写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注书写时一定要注意电极产
13、物是否与电解质溶液共存意电极产物是否与电解质溶液共存)。(3)在电子守恒的基础上在电子守恒的基础上,总反应式减去写出的电极反应式总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。即得另一电极反应式。3.燃料电池电极反应式的书写方法。燃料电池电极反应式的书写方法。(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致应一致,若产物能与电解质反应若产物能与电解质反应,则总反应为加合后的反应。则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池甲烷燃料电池(电解质溶液为电解质溶液为NaOH溶液溶液)的总反应为的总反应为CH4+2O2+2NaOHNa2CO3+3H2
14、O。(2)写出电池的正极反应式。写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都一般在正极上发生还原反应的物质都是是O2,随着电解质溶液的不同随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同其电极反应有所不同,其实其实,我我们只要熟记以下几种情况们只要熟记以下几种情况:酸性电解质溶液环境下的电极反应式酸性电解质溶液环境下的电极反应式:O2+4H+4e-2H2O。碱性电解质溶液环境下的电极反应式碱性电解质溶液环境下的电极反应式:O2+2H2O+4e-4OH-。熔融态的氧化物作电解质熔融态的氧化物作电解质(高温下能传导高温下能传导O2-):O2+4e-2O2-。
15、熔融碳酸盐熔融碳酸盐(如熔融如熔融K2CO3)环境下环境下:O2+2CO2+4e-2 。(3)根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。典型例题典型例题【例题】【例题】 燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池课外小组自制的氢氧燃料电池,如图所示如图所示,a、b均为惰性电极。均为惰性电极。下列叙述不正确的是下列叙述不正确的是()。A.a极是负极极是负极,该电极上发生氧化反应该电极上发生氧化反应B.b极反应是极反应是O2+4OH-4e-2H2OC.总反应的化学方程式为总反应
16、的化学方程式为2H2+O22H2OD.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源答案答案:B解析解析:a极通入极通入H2,为负极为负极,电极反应式为电极反应式为2H2+4OH-4e- 4H2O,发生氧化反应发生氧化反应,A项正确项正确;b极通入极通入O2,为正极为正极,电极反应电极反应式为式为O2+2H2O+4e-4OH-,B项错误项错误;正、负极电极反应式正、负极电极反应式相加得总反应为相加得总反应为2H2+O22H2O,C项正确项正确;氢氧燃料电池的氢氧燃料电池的能量转化率高能量转化率高,且产物为水且产物为水,对环境无污染对环境无污染,是具有应用前景的
17、是具有应用前景的绿色电源绿色电源,D项正确。项正确。【变式训练】【变式训练】 镍镉镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液溶液,其充、其充、放电按下式进行放电按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+ 2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是有关该电池的说法正确的是()。A.放电时该电池正极上的反应放电时该电池正极上的反应:NiO(OH)+H2O+e- Ni(OH)2+OH-B.放电过程是化学能全部转化为电能的过程放电过程是化学能全部转化为电能的过程C.放电时负
18、极附近溶液中放电时负极附近溶液中c(OH-)不变不变D.放电时电解质溶液中的放电时电解质溶液中的OH-向电池正极移动向电池正极移动答案答案:A解析解析:放电时是原电池放电时是原电池,Cd的化合价升高的化合价升高,Cd作负极作负极,Ni的化的化合价降低合价降低,NiO(OH)作正极作正极,正极的电极反应式为正极的电极反应式为NiO(OH)+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,A项正确项正确;放电过程是化放电过程是化学能转化为电能的过程学能转化为电能的过程,但不可能全部转化但不可能全部转化,B项错误项错误;放电时放电时负极电极反应式为负极电极反应式为Cd+2OH-2e-Cd(OH)2,负极周围负极周围OH-的浓度减小的浓度减小,C项错误项错误;放电时放电时OH-向电源负极移动向电源负极移动,D项错误。项错误。
