2019屆高中化學(xué)第四章第二節(jié)化學(xué)電源課件新人教版選修.pptx

第二節(jié) 化學(xué)電源,新課導(dǎo)入(教師用書備用),菠菜營養(yǎng)豐富,人所共知。若說菠菜可用來作電池,為手機(jī)和筆記本電腦提供綠色環(huán)保能源,聽起來好像有些荒誕,但這卻是不折不扣的事實(shí)。美國科學(xué)家利用菠菜中含有“光合體系一號”的蛋白質(zhì)復(fù)合物和導(dǎo)電材料將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,已經(jīng)成功研制出“菠菜電池”!現(xiàn)在,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了各種各樣的電池,像手電筒上用的干電池,手機(jī)上用的鋰電池,汽車上用的蓄電池,還有新型環(huán)保公交車上的燃料電池等,種類繁多。你知道化學(xué)電池是怎樣分類的嗎?,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.認(rèn)識電池的分類、優(yōu)點(diǎn)及適用范圍。(素養(yǎng):證據(jù)推理與模型認(rèn)知) 2.了解常見的一次電池、二次電池及燃料電池的構(gòu)造及原理。(素養(yǎng):宏觀辨識與微觀探析) 3.掌握原電池電極反應(yīng)式及總反應(yīng)方程式的書寫。(素養(yǎng):科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任),知識分點(diǎn)突破,能力總結(jié)提升,知識分點(diǎn)突破,知識點(diǎn)1 化學(xué)電源及一、二次電池,基礎(chǔ)梳理,1.化學(xué)電池 (1)化學(xué)電池的分類,逆向,燃料,氧化劑,不參與,(2)判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn) 比能量:單位質(zhì)量或單位體積所能輸出 的多少。 比功率:單位質(zhì)量或單位體積所能輸出 的大小。 電池的可儲存時(shí)間的長短。,電能,功率,2.一次電池,3.可充電電池(二次電池),疑難探究,如圖為鉛蓄電池(電解質(zhì)溶液為30% H2SO4溶液),問題導(dǎo)思,1.鉛蓄電池放電時(shí),正極區(qū)域溶液的pH是如何變化的?,2.二次電池充電、放電時(shí)兩極發(fā)生的反應(yīng)相同嗎?,提示:不相同。電池放電時(shí),負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),充電時(shí),作陰極發(fā)生還原反應(yīng);放電時(shí),正極發(fā)生還原反應(yīng),充電時(shí),作陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。,歸納總結(jié),1.二次電池充電時(shí)的電極連接,(1)充電時(shí)的連接方法正正負(fù)負(fù),即:,2.化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫 (1)根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式 先分析裝置圖,確定原電池的正負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)。,正負(fù)電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式。 (2)根據(jù)電池總反應(yīng)式,寫電極反應(yīng)式 析價(jià)態(tài),定正負(fù)根據(jù)元素化合價(jià)的變化情況確定正負(fù)極。 列物質(zhì)判斷電極的反應(yīng)物、產(chǎn)物。 標(biāo)得失分析化合價(jià)的升降,找出得失電子數(shù)。 看環(huán)境,配守恒配平電荷、配平原子。,題點(diǎn)一 一次電池,D,題組例練,2.(2015全國卷節(jié)選)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周圍是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生MnOOH?；厥仗幚碓搹U電池可得到多種化工原料。 回答下列問題: (1)該電池的正極反應(yīng)式為 , 電池反應(yīng)的離子方程式為 。,(2)維持電流強(qiáng)度為0.5 A,電池工作5分鐘,理論上消耗鋅 g。(已知F=96 500 Cmol-1),答案:(2)0.05,題點(diǎn)二 充電電池原理的應(yīng)用,C,D,4.(2018全國卷)一種可充電鋰空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí), O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x(x=0或1)。下列說法正確的是( ),題后悟道,可充電電池的分析方法 (1)充電電池是既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能(放電),又能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(充電)的一類特殊電池。需要注意的是充電、放電的反應(yīng)不能理解為可逆反應(yīng)。 (2)充電時(shí)的電極反應(yīng)與放電時(shí)的電極反應(yīng)過程相反,充電時(shí)的陽極反應(yīng)恰與放電時(shí)的正極反應(yīng)相反,充電時(shí)的陰極反應(yīng)恰與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)相反。,知識點(diǎn)2 常見的燃料電池,基礎(chǔ)梳理,1.燃料電池的工作原理,燃料,氧化劑,(1)連續(xù)地將 (如氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體)和 的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能。 (2)電極材料本身 氧化還原反應(yīng)。 (3)工作時(shí),燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給,在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng),生成物不斷地被排出。,不參與,2.燃料電池的優(yōu)點(diǎn) (1)能量轉(zhuǎn)化率高 燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率超過80%,普通燃燒過程能量轉(zhuǎn)化率僅30%多。,(2)污染 。,小,3.氫氧燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分為酸性和堿性兩種:,疑難探究,如圖裝置為燃料電池(以氫氧燃料電池為例),1.如果用稀硫酸作電解質(zhì)溶液,氫氧燃料電池在放電后溶液的pH將發(fā)生怎樣的變化?,提示:反應(yīng)過程中電解質(zhì)不被消耗,但氫氣和氧氣反應(yīng)生成水,使溶液變稀,pH增大。,2.已知?dú)錃饪梢栽诼葰庵腥紵?根據(jù)燃料電池的原理,能否以該反應(yīng)設(shè)計(jì)為燃料電池?,提示:能。,3.若將氫氣改換為甲烷,分別以H2SO4溶液和KOH溶液為電解質(zhì)溶液時(shí),則甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式相同嗎?,提示:不相同。,問題導(dǎo)思,歸納總結(jié),1.燃料電池電極反應(yīng)式的書寫要求 (1)電池的負(fù)極一定是燃料,燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。電池的正極多為氧氣或空氣,得電子,發(fā)生還原反應(yīng),特別注意電解質(zhì)酸堿性不同的區(qū)別?？筛鶕?jù)電荷守恒來配平。 (2)電極材料一般不參與化學(xué)反應(yīng),只作電池反應(yīng)催化轉(zhuǎn)化元件。 (3)正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式在得失電子守恒的前提下,相加后的電池反應(yīng)必然是燃料燃燒反應(yīng)和燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的疊加。 2.書寫燃料電池電極反應(yīng)式的“三步”法 第一步:寫出電池的總反應(yīng)式 燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致,只是無反應(yīng)條件,若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。,第二步:寫出電池的正極反應(yīng)式 根據(jù)燃料電池的特點(diǎn),一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是O2,隨著電解質(zhì)溶液的不同,其電極反應(yīng)式有所不同,大致有如下四種情況:,第三步:根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式,寫出負(fù)極反應(yīng)式 電池的總反應(yīng)式-正極反應(yīng)式=負(fù)極反應(yīng)式。由于O2不是負(fù)極反應(yīng)物,故兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)要徹底消除O2。,題組例練,題點(diǎn)一 燃料電池的原理及應(yīng)用,A,A.電池工作過程中,溶液的pH逐漸減小 B.正極與負(fù)極上參加反應(yīng)的氣體的物質(zhì)的量之比為27 C.通入乙烷的電極為正極 D.電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動(dòng),A,2.(2015全國卷)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯(cuò)誤的是 ( ),解析:負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),生成CO2氣體,A項(xiàng)錯(cuò)誤;微生物電池中的化學(xué)反應(yīng)速率較快,即微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移,B項(xiàng)正確;原電池中陽離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng),C項(xiàng)正確;電池總反應(yīng)是C6H12O6與O2反應(yīng)生成CO2和H2O,D項(xiàng)正確。,題后悟道,燃料電池電極方程式的書寫技巧 (1)書寫燃料電池的總反應(yīng)方程式時(shí)就相當(dāng)于燃料燃燒,然后分析產(chǎn)物與所用電解質(zhì)能否發(fā)生反應(yīng),若能發(fā)生反應(yīng),電解質(zhì)溶液也參與反應(yīng),要寫在總反應(yīng)方程式中。,3.(2018福建廈門模擬)一種微生物燃料電池如圖所示,下列關(guān)于該電池說法正確的是( ),B,題點(diǎn)二 新型化學(xué)電源,4.(2018黑龍江五校聯(lián)考)斯坦福大學(xué)華人化學(xué)家戴宏杰的團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種“一分鐘充滿電”的新型鋁離子電池。該電池的電極材料為鋁和 CnAlCl4(Cn為石墨),有機(jī)物陽離子和AlCl4-組成離子液體,電池放電時(shí),在負(fù)極附近形成Al2Cl7-。充電和放電過程中離子液體中的陽離子濃度不變。下列說法不正確的是( ),A,能力總結(jié)提升,課堂小結(jié),易錯(cuò)辨析,1.原電池中負(fù)極參加反應(yīng),質(zhì)量一定減少嗎?,2.負(fù)極材料不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)就不能構(gòu)成原電池嗎?,提示:不是,如燃料電池的負(fù)極為惰性電極,就不和電解質(zhì)溶液反應(yīng)。,3.氫氧燃料電池的能量利用率是100%,產(chǎn)物為水