2019-2020学年高二化学人教版选修4课件第4章 第2节 化学电源

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二、几种常见的化学电池
1.一次电池
(1)碱性锌锰电池:
①构造:
②组成:
正极:MnO2;负极:Zn;电解质:KOH。 ③工作原理:
负极反应:Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2;
正极反应:2MnO2+2e-+2H2O==2MnOOH+2OH-;
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核心素养目标
核心素养形成
1.知道化学电源的分类。 2.熟悉几种常见化学电 源的组成和工作原理,培 养证据推理与模型认知
的能力。
3.了解化学电源的广泛 应用及废旧电池对环境
的危害,形成科学态度与 社会责任意识。
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总反应:Zn+2MnO2+2H2O==2MnOOH+Zn(OH)2。
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(2)银锌电池: ①构造:
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②组成:负极:Zn,正极:Ag2O,电解质:KOH。 ③工作原理:
负极反应:Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2; 正极反应:Ag2O+2e-+H2O==2Ag+2OH-; 电池反应:Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag。
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典例剖析 【典例1】 在碱性锌锰干电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的
电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O==2MnOOH+Zn(OH)2。下列有关 该电池的电极反应式的书写正确的是( )
A.负极反应式为Zn-2e-==Zn2+
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1.想一想,连一连。
a.干电池
①一次电池
b.铅蓄电池
②二次电池
c.锌锰电池
③燃料电池
d.氢氧燃料电池 ④绿色电池
答案 a—①,b—②,c—①,d—③、④
2.燃料电池是一种新型电池,它利用燃料在反应过程中把化学能
直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应如下:X
正极(通 O2):2O2+4H2O+8e- 8OH负极(通 CH4):CH4+10OH--8e- CO32-+7H2O 总反应:CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O
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(2)甲醇燃料电池。 电解质:KOH 正极:3O2+6H2O+12e- 12OH-
Zn(OH)2,正极发生还原反应:FeO42-+4H2O+3e- Fe(OH)3+5OH-,电 极附近溶液碱性增强,A、D 正确,C 不正确;充电时阳极发生氧化反 应:Fe(OH)3+5OH--3e- FeO42-+4H2O,B 正确。
答案 C -16-
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2.二次电池(以铅蓄电池为例) (1)构造:
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(2)组成:正极:PbO2;负极:Pb;电解质:H2SO4。
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(3)工作原理: 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。
等
2.优点
具有能量转化率高,供能稳定可靠,使用方便,易于维护等优点。
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3.判断电池优劣的主要标准 (1)比能量:即单位质量和单位体积所能输出电能的多少,单位 “(W·h)/kg”或“(W·h)/L”。 (2)比功率:即单位质量或单位体积所能输出功率的大小,单位 “W/kg”或“W/L”。 (3)电池可储存时间的长短。
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知识归纳 化学电源电极反应式的书写
(1)根据装置书写电极反应式
先分析题目给定的图示装置,确定原电池的正负极上的反应物质。
①负极:活泼金属或燃料失去电子生成阳离子;若电解质溶液中
的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。 如铅蓄电池的负极:Pb+ SO42- -2e-==PbSO4。
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(4)熔融盐燃料电池。
熔融盐燃料电池具有较高的发电效率,因而受到重视。可用
Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极反应物,空气 与CO2的混合气为正极反应物,制得在650 ℃下工作的燃料电池。 有关的电池反应式为:
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(2)给出总反应式,写电极反应式 如果给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应 (即分析有关元素的化合价变化情况),再选择一个简单变化情况去 写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或用总反应式减去已 写出的电极反应式,即得结果。 (3)可充电电池电极反应式的书写 在书写可充电电池电极反应式时,要明确电池和电极,放电为原 电池,充电为放电的逆过程。 ①放电时的负极与充电时的阳极均发生氧化反应,对应元素化合 价升高。 ②放电时的正极与充电时的阴极均发生还原反应,对应元素化合 价降低。
②正极:阳离子得到电子生成单质或O2得到电子,若反应物是O2, 则有以下规律:
电解质是碱性或中性:O2+2H2O+4e-==4OH-; 电解质是酸性:O2+4H++4e-==2H2O。 ③总反应式:正负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到
电池反应的总方程式。
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确的是 ( ) A.放电时负极反应:Zn+2OH--2e- Zn(OH)2 B.充电时阳极反应:Fe(OH)3+5OH--3e- FeO42-+4H2O C.放电时每转移 3 mol 电子,正极有 1 mol K2FeO4 被氧化 D.放电时正极附近溶液的碱性增强 解析 该电池放电时负极发生氧化反应:Zn+2OH--2e-
Zn(OH)2。 答案 D
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变式训练 1 高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池 相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正
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电极反应式的书写
问题探究 1.溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响? 答案 在书写电极反应式时一定要注意电解质是什么,其中的离 子要和电极反应式中出现的离子相对应。碱性电解质溶液中,电极 反应式中不能出现H+;酸性电解质溶液中,电极反应式中不能出现 OH-。 2.根据铅蓄电池正负极、阴阳极的电极反应式找出二次电池的 放电、充电过程中电极反应的对应关系。 答案 二次电池放电时的负极反应与充电过程中阴极反应是互逆 过程;放电时的正极反应与充电过程中的阳极反应是互逆过程。所 以根据放电时的电极反应式很容易确定充电时的电极反应式。
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解析 A 项,燃料电池中燃料作负极,氧气作正极,因此电极 A 是 负极,电极 B 是正极,A 项错误;该电池的传导介质为熔融的碳酸盐, 所以 A 电极即负极上 H2 参与的电极反应为:H2+CO32--2eCO2+H2O,错误;C 项,原电池工作时,阴离子移向负极,而 B 极是正极, 错误;D 项,B 电极即正极上 O2 参与的电极反应为:O2+2CO2+4e2CO32-,正确。
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
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3.燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例) (1)构造:
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(2)工作原理: 负极反应:H2-2e- 2H+; 正极反应:12O2+2H++2e- H2O; 电池反应:H2+12O2 H2O。
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一、化学电池
将化学能转化为电能的装置。
1.分类
一次电池→活性物质消耗到一定程度后不能再用,如普通的锌锰
电池、碱性锌锰电池等
|
二次电池→放电后可以再充电使活性物质获得再生,如充电电池
或蓄电池等
|
燃料电池→燃料失电子,氧化剂得电子的电池,如氢氧燃料电池
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常见的燃料电池
问题探究 1.燃料电池的两电极反应有何特点? 答案 两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料 一般表现为失去电子,通入电源负极。常用的氧化剂是氧气,在反 应中表现为得到电子,通入电源正极。 2.氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相 同吗? 答案 相同,都为2H2+O2==2H2O。
①放电过程的电极反应、总反应:
负极:Pb+SO42--2e- PbSO4; 正极:PbO2+4H++SO42-+2e- PbSO4+2H2O; 总反应:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。 ②充电过程的电极反应、总反应:
阴极:PbSO4+2e- Pb+SO42-(还原反应); 阳极:PbSO4+2H2O-2e- PbO2+4H++SO42-(氧化反应); 总反应:2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+2H2SO4。 ③铅蓄电池的充、放电过程:
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知识归纳 常见燃料电池的电极反应 在燃料电池中,电解质溶液参与电极反应,电解质酸碱性的改变, 会引起电极反应的变化,但不影响燃料及O2的性质。 电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同 时,还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。 (1)甲烷燃料电池。 电解质:KOH
B.负极反应式为Zn+2H2O-2e-==Zn(OH)2+2H+ C.正极反应式为2MnO2+2H++2e-==2MnOOH D.正极反应式为2MnO2+2H2O+2e-==2MnOOH+2OH解析 在书写碱性电池的电极反应式时,方程式中不得出现H+。
在碱性电池中,负极的Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合为
负极:2CH3OH+16OH--12e- 2CO32-+12H2O 总反应:2CH3OH+3O2+4KOH 2K2CO3+6H2O (3)肼燃料电池。 电解质:KOH 正极:O2+2H2O+4e- 4OH负极:N2H4+4OH--4e- N2↑+4H2O 总反应:N2H4+O2 N2+2H2O
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极,O2(g)+2H2O(l)+4e-==4OH-;Y极,2H2(g)+4OH--4e-==4H2O(l)。下 列判断中,正确的是( )
A.X是负极
B.Y是正极
C.Y极发生还原反应 D.Y极发生氧化反应
答案 D
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正极:O2+2CO2+4e- 2CO32负极:2CO+2CO32--4e- 4CO2 总反应:2CO+O2 2CO2
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典例剖析 【典例2】 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关 该电池的说法正确的是( )
A.该燃料电池A是正极,B是负极 B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e-==2H2O C.电池工作时, CO32- 向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-==2 CO32-
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(4)电极反应式的书写过程归纳 ①列物质,标得失:根据负极(阳极)发生氧化反应,正极(阴极)发生 还原反应,判断出电极的产物,分析得失电子的数量,利用得失电子 守恒配平。 ②选离子,配电荷:根据溶液的酸碱性选择合适的离子,确保电极 产物能在电解质溶液中稳定存在,然后利用电荷守恒进行配平。 ③巧用水,配个数:通常介质为水溶液,根据需要选择水为反应物 或生成物,利用质量守恒进行配平。