高中化學魯科版選擇性必修1課件第1章第2節(jié)第2課時化學電源

第2課時化學電源第1章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標1.了解不同化學電源的工作原理,從而形成科學探究與創(chuàng)新意識的學科核心素養(yǎng)。2.了解各類電池的生產(chǎn)工藝和回收價值,了解新型電池的開發(fā),體驗科學態(tài)度與社會責任的學科核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探知識鋪墊化學電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點?提示化學電池的優(yōu)點是:①能量轉換效率高,供能穩(wěn)定可靠。②可以制成各種形狀、不同容量和電壓的電池和電池組,使用方便。③容易維護,可在各種環(huán)境下工作。必備知識一、化學電源1.定義:是將化學能直接轉化為電能的裝置。二、常見的化學電源1.一次電池(1)酸性鋅錳電池。①組成——正極:石墨。負極:鋅筒。電解質溶液:氯化銨和氯化鋅混合溶液,用淀粉糊固定化。②工作原理。負極反應:Zn-2e-==Zn2+。正極反應:2MnO2+2N+2e-==Mn2O3+2NH3+H2O。總反應:Zn+2MnO2+2N==Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O。(2)堿性鋅錳電池。①組成——正極:MnO2。負極:Zn。電解質:KOH。②工作原理:負極反應為Zn+2OH--2e-==ZnO+H2O;正極反應為2MnO2+2H2O+2e-==2MnOOH+2OH-?？偡磻獮閆n+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH。2.二次電池(以鉛蓄電池為例)(1)組成——正極:PbO2。負極:Pb。電解質溶液:H2SO4溶液。(2)工作原理:鉛蓄電池是最常見的二次電池,其電極反應和電池反應如下。負極:Pb+S-2e-==PbSO4。正極:PbO2+4H++S+2e-==PbSO4+2H2O;總反應:Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O。3.燃料電池(1)氫氧燃料電池。下圖為一種氫氧燃料電池結構示意圖,電解質溶液為KOH溶液,電極材料為多孔石墨,氫氣和氧氣(或空氣)源源不斷地通到電極上。則氫氧燃料電池的電極反應為:負極2H2+4OH--4e-==4H2O;正極O2+2H2O+4e-==4OH-;電池總反應為2H2+O2==2H2O。(2)工作原理:燃料電池的特點是電池的正、負極反應物氣體分別儲存在電池之外的容器中。兩種氣體分別不斷地輸入燃料電池的兩極,通過燃料氣體在負極發(fā)生的氧化反應和氧氣在正極發(fā)生的還原反應,實現(xiàn)一個相當于燃燒反應的電池反應,將化學能轉變?yōu)殡娔?。燃料電池的燃料除了氫氣?還有甲烷、甲醇和乙醇等。(3)應用前景:燃料電池具有能量利用效率高、可連續(xù)使用和污染輕等優(yōu)點,已成為一種發(fā)展前景十分廣闊的化學電源。正誤判斷判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)太陽能電池不屬于原電池。(

)(2)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池。(

)(3)鉛蓄電池放電時,正極與負極質量均增加。(

)(4)堿性鋅錳干電池是一次電池,其中MnO2是催化劑,可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長。(

)(5)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒,然后熱能轉化為電能。(

)(6)鉛蓄電池工作時,當電路中轉移0.1mol電子時,負極增重4.8g。(

)答案(1)√

(2)×

(3)√

(4)×

(5)×

(6)√課堂篇素養(yǎng)提升探究一二次電池(可充電電池)問題探究鉛蓄電池的電池總反應是什么?提示鉛蓄電池屬于二次電池。電池總反應是Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。

深化拓展1.可充電電池的思維模型

2.“加減法”書寫新型二次電池放電的電極反應若已知電池放電時的總反應,可先寫出較易書寫的一極的電極反應,然后在電子守恒的基礎上,由總反應減去較易寫出的一極的電極反應,即可得到較難寫出的另一極的電極反應。素能應用典例12019年諾貝爾化學獎頒給了三位為鋰離子電池發(fā)展作出重要貢獻的科學家。磷酸鐵鋰鋰離子電池放電工作示意圖如圖。下列敘述錯誤的是(

)磷酸鐵鋰鋰離子電池放電原理示意圖

A.放電時,Li+通過隔膜移向正極B.放電時,電子由鋁箔沿導線流向銅箔C.放電時正極反應為xFePO4+xLi++xe-==xLiFePO4D.磷酸鐵鋰鋰離子電池充放電過程通過Li+遷移實現(xiàn),C、Fe、P元素化合價均不發(fā)生變化答案D解析放電時,“同性相吸”即Li+通過隔膜移向正極,A項正確;放電時,電子由負極即鋁箔沿導線流向正極即銅箔,B正確;放電時正極得電子,發(fā)生還原反應:xFePO4+xLi++xe-==xLiFePO4,C正確;磷酸鐵鋰鋰離子電池充放電過程通過Li+遷移實現(xiàn),其中Fe元素化合價發(fā)生變化,D錯誤。變式訓練1-1一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當電池放電時,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(

)A.放電時,多孔碳材料電極為負極B.放電時,外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C.放電時,電解質溶液中Li+向鋰電極遷移D.放電時,電池總反應為2Li+(1-)O2==Li2O2-x答案D解析放電時,該電池中鋰是負極,多孔碳材料是正極,A項錯誤;放電時,外電路電子由負極流向正極,即由鋰電極流向多孔碳材料電極,B項錯誤;放電時,電解質溶液中Li+應向多孔碳材料區(qū)移動,C項錯誤;根據(jù)題意可知,放電時總反應為2Li+(1-)O2==Li2O2-x,D項正確。變式訓練1-2常見鉛蓄電池是二次電池,其電極材料分別為Pb和PbO2,電解質溶液為稀硫酸,工作時的總反應為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。請依據(jù)上述情況填空:(1)鉛蓄電池的負極材料是

。

(2)請依據(jù)兩極材料和總反應,寫出放電時的正極反應:

。

(3)請依據(jù)總反應和正極反應,寫出放電時的負極反應:

。

(4)放電時,電解質溶液中陰離子移向

極;電流從

電極流向

電極。

(5)放電時,電解質溶液的酸性

(填“增強”“減弱”或“不變”)。

解析此題考查常見電池的工作原理,依據(jù)原電池的反應原理、鉛蓄電池的工作原理及其總反應可得相應的答案。探究二“高效、環(huán)境友好”的燃料電池問題探究試論述燃料電池的優(yōu)越性。提示燃料電池被人們譽為“綠色”發(fā)電站,燃料電池具有以下優(yōu)點:無傳動部件,無磨損,無聲,可做成任意大小(如心臟起搏器和數(shù)百萬千瓦的發(fā)電站)。深化拓展1.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

種類酸性堿性負極反應2H2-4e-==4H+2H2+4OH--4e-==4H2O正極反應O2+4e-+4H+==2H2OO2+2H2O+4e-==4OH-電池總反應2H2+O2==2H2O備注燃料電池的電極不參與反應,起導電作用2.燃料電池規(guī)律的總結(1)燃料電池總反應一般是燃料的燃燒反應(有些情況下電解質參與反應)。如2H2+O2==2H2O、CH4+2O2==CO2+2H2O(酸性)、CH4+2O2+2NaOH==Na2CO3+3H2O(堿性)等。(2)燃料電池的正極上發(fā)生反應的是氧化劑,發(fā)生還原反應。通常是O2+2H2O+4e-==4OH-(堿性)、O2+4H++4e-==2H2O(酸性)等。(3)燃料電池的負極上是燃料發(fā)生氧化反應。書寫負極的電極反應通常有兩種方法(思路)。方法一:守恒分析法方法二:用電池總反應減去正極的電極反應可得出負極的電極反應。①總反應:CH4+2O2+2OH-==C+3H2O(堿性電池)正極反應:2O2+4H2O+8e-==8OH-負極反應:CH4+10OH--8e-==C+7H2O。②總反應:CH4+2O2==CO2+2H2O(酸性電池)正極反應:2O2+8H++8e-==4H2O負極反應:CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+。素能應用典例2某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2CO3、K2CO3為電解質、以CH4為燃料時,該電池工作原理如圖。下列說法正確的是(

)為CH4,b為CO2B.C向正極移動C.此電池在常溫下也能工作D.正極的電極反應為O2+2CO2+4e-==2C答案D答題模板

解答燃料電池題目的思維模型

解答燃料電池題目的幾個關鍵點:(1)明確離子導體是電解質溶液還是熔融鹽或氧化物。(2)通入負極的物質為燃料,通入正極的物質一般為氧氣。(3)通過離子導體中離子的移動方向,可判斷電池的正、負極,同時考慮該離子參與移向一極的電極反應。變式訓練2以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結構示意圖如圖所示。關于該電池的敘述正確的是(

)A.該電池能夠在高溫下工作B.電池的負極反應為:C6H12O6+6H2O-24e-==6CO2↑+24H+C.放電過程中,H+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移D.在電池反應中,每消耗1mol氧氣理論上能生成標準狀況下CO2氣體

L答案B解析微生物燃料電池在高溫下不能工作,A錯誤;放電過程為原電池反應,H+應向正極遷移,C錯誤;由電池反應C6H12O6+6O2==6CO2+6H2O知,每消耗1

mol

O2理論上生成1

mol

CO2,在標準狀況下的體積為

L,D錯誤。素養(yǎng)脈絡隨堂檢測1.下列說法錯誤的是(

)A.依據(jù)原電池的原理設計出了化學電源B.原電池是化學電源的雛形C.判斷電池的正、負極只需看其正、負極材料的活潑性D.氧化還原反應所釋放的化學能,是化學電源的能量來源答案C解析電池的正、負極不僅與電極材料有關,還與電解質溶液有關,C項錯誤。2.微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用,有一種鋅銀電池,其電極材料分別是Ag2O和Zn,電解質溶液為KOH溶液,電極反應分別為Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2、Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-,總反應為Ag2O+Zn+H2O==Zn(OH)2+2Ag。下列敘述正確的是(

)A.在使用過程中,電池負極區(qū)溶液的pH增大B.在使用過程中,電子由Ag2O經(jīng)外電路流向Zn極是負極,Ag2O是正極極發(fā)生還原反應,Ag2O極發(fā)生氧化反應答案C解析根據(jù)電極反應可知Zn失電子被氧化,Ag2O得電子被還原,故Zn是負極,Ag2O是正極,故C正確;負極(即Zn極)在反應時消耗OH-,則負極區(qū)溶液的pH應減小,故A錯誤;發(fā)生原電池反應時,電子由負極經(jīng)外電路流向正極,即電子從Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極,故B錯誤;在原電池中,負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應,故D錯誤。3.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點,因而得到廣泛應用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質溶液,電池總反應為Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)==ZnO(s)+2MnOOH(s)。下列說法錯誤的是(

)A.電池工作時,鋅失去電子B.電池正極的電極反應為2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-==2MnOOH(s)+2OH-(aq)C.電池工作時,電子由正極通過外電路流向負極D.外電路中每通過0.2mol電子,鋅的質量減少6.5g答案C解析堿性鋅錳電池中鋅為負極,在反應中失去電子,A正確;電池工作時,電流由正極通過外電路流向負極,而電子移動方向與電流方向相反,C錯誤;由電子守恒可知D正確;由該電池反應的總反應和原電池原理可知B正確。4