鲁科版高中化学选修一课件主题3课题1电池探秘课件

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重点难点
典型例题
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知识点1
知识点2
知识点 1 原电池的工作原理 【例题 1】 实验室备有如下用品:铁片、铜片、锌片、碳棒、FeCl3 溶液、CuCl2 溶液、ZnCl2 溶液及导线。 (1)若选用铜片、碳棒、FeCl3 溶液及导线构成原电池,画出其装置图: 判断该电池的正极材料是 ,负极材料是 ,正极反应 式 ,负极反应式 ,电池反应式 。 (2)以下装置属于原电池的是 ,并在是原电池的装置图上画出电子流 动的方向。
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3 关于如图所示装置的叙述,正确的是(
)。
A.铜是负极,铜片上有气泡产生 B.铜片质量逐渐减少 C.电流从锌片经导线流向铜片 D.氢离子在铜片表面被还原 解析:所给装置应为原电池,锌作负极,铜作正极,锌失去电子逐渐溶解,在铜片放 出氢气,电子由锌经导线流向铜,故应选 D。 答案:D
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汽车是人们生活中的重要交通工具,而汽车排放的尾气又是造成日益严重 的环境污染的重要原因,为此,人们急需寻找一种代用燃料。科学家经过几十年 的精心研究发现,用氢燃料电池作汽车动力无污染环境的有害成分产生,因此, 使用氢燃料电池的汽车才是名副其实的“绿色燃料”汽车。电池是将化学能转 化为电能的装置,其原理是什么?氢氧燃料电池又是如何工作的?这一课时我们 将揭开这些疑问。
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一
二
一、电池是怎样工作的
1.原电池定义 把化学能转化成电能的装置。 2.电池的正负极和电极反应式 电子流出的电极为负极,负极发生氧化反应;电子流入的电极为正极,正极 发生还原反应。 在 Zn|H2SO4(aq)|Cu 原电池中,负极反应为 Zn Zn2++2e-,正极 反应为 2H++2eH2↑。将正极反应和负极反应相叠加,可得电池反 应:Zn+2H+ Zn2++H2↑。 3.原电池的组成条件 一般说来,原电池是由活动性不同的两块金属材料(或金属与非金属)用导 线连接,放在电解质溶液中组成的。原电池工作时,活泼金属作负极,失去电子, 电子由负极经外电路流向正极。
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知识点 2 生活中的电池 【例题 2】 (2011·福建理综)研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜 艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以 LiOH 为电解质,使用时 加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是 ( )。 A.水既是氧化剂又是溶剂 B.放电时正极上有氢气生成 C.放电时 OH-向正极移动 D.总反应为:2Li+2H2O 2LiOH+H2↑ 解析:本题考查了原电池中的电极反应、溶液中离子的移动方向等原理问题,旨 在考查学生对原电池原理的理解能力。根据题给信息锂水电池的反应方程式 为:2Li+2H2O 2LiOH+H2↑,D 项正确;在反应中氢元素化合价降低,因此 H2O 作氧化剂,同时又起到溶剂的作用,A 项正确;放电时正极反应为:2H2O+2e2OH-+H2↑,B 项正确;正极周围聚集大量 OH-,因此溶液中的阳离子 Li+向 正极移动;负极周围聚集大量 Li+,因此溶液中的阴离子 OH-向负极移动,C 项错 误。 答案:C
主题3
合理利用化学能源
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课题1
电池探秘
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1.通过实验探究,理解电池的工作原理及构成条件。 2.通过市场调查等活动,了解生活中常用电池的种类、性能,知道根据需要合理 选择电池。 3.初步学会应用所学知识分析生活中所使用的各种电池。 4.通过查阅资料,了解新型电池及电池的发展趋势。
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一
二
不能简单地按两极材料的金属活动性来确定正、负极,否则容易出错。如 当镁、铝在酸性溶液中形成原电池时,活泼的镁为负极;当镁、铝在碱性溶液中 形成原电池时,恰恰相反,此时铝为负极。再如铜和铝作电极用导线相连,插入浓 硝酸中时,由于铝在浓硝酸中发生钝化,而铜能与浓硝酸迅速反应,所以此时铜 比铝活泼,铜作负极。也就是说原电池的正负极不但与材料的金属活动性有关, 还与电解质溶液有关。
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一
二
二、原电池正负极的确定
1.由组成电极的材料判断,一般是活泼性较强的金属为负极,活泼性弱的金 属或能导电的非金属为正极。 2.根据电流方向或电子流向判断,电流是由正极流向负极;电子是由负极流 向正极。 3.根据原电池内离子的定向移动判断,在原电池的电解质溶液中,阳离子移 向正极,阴离子移向负极。 4.根据原电池两极发生的变化判断,负极总是失电子发生氧化反应,正极得 电子发生还原反应。 5.根据现象判断,溶解的一极为负极,质量增加或有气泡放出的一极是正极。 6.若两极都是惰性电极(如燃料电池),则可以通过电池反应式来分析:如碱 性甲醇燃料电池,其总反应式为 2CH3OH+3O2+4KOH 2K2CO3+6H2O,由于 CH3OH 被氧化,则通入甲醇的一极为负极,通入氧气的一极为正极。
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一
二
4.实际应用 纽扣电池及工作原理
总反应式:Zn+H2O+HgO Hg+Zn(OH)2 思考:原电池的闭合回路是如何形成的?电子能否通过电解质溶液? 提示:在电池的内外电路中传递电荷的带电微粒是不同的,外电路靠电子的 定向移动形成电流,而内电路则是靠阴阳离子的定向移动形成电流。电子是不 可以在溶液中定向移动的。
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解析:铅蓄电池属于二次电池,能够多次充放电使用,但寿命较短,不可能无限次 充放电,而且其体积大,能引起铅污染,应选 B。 答案:B
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一
二
一、原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)
1.工作原理 锌失电子逐渐溶解变成 Zn2+进入溶液,电子从锌极经导线流入铜极,溶液中 H+在铜极上得到电子形成氢气在铜片上冒出。 2.电极反应式 负极(锌极):Zn Zn2++2e-(氧化反应) 正极(铜极):2H++2eH2↑(还原反应)
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4 锌锰干电池在放电时,电池总反应方程式可以表示为: Zn+2MnO2+2H+ Zn2++Mn2O3+H2O 在此电池放电时,正极(碳棒)上发生还原反应的是 ( )。 A.Zn B.碳棒 C.MnO2 D.H+ 解析:MnO2 得电子生成 Mn2O3,发生了还原反应。 答案:C
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一
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3.溶液中离子移动方向及原电池产生电流的实质 溶液中阴离子向负极移动(如 SO4 ),阳离子向正极移动(如 H+和 Zn2+),在溶 液中构成闭合回路。 使两个电极反应不断进行,发生有序的电子转移,产生电流。 总反应(亦称为电池反应)为 Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑。 发生自发的氧化还原反应是原电池产生电流的实质,通过原电池装置将化 学能转化为电能。
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一
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二、认识几种电池
1.几种电池的比较 电池 工作原理 种类 锌锰 锌作负极,失电子被氧化,碳棒和 干电 金属帽相连作正极,电池内部的 池 二氧化锰得电子被还原 铅酸 铅酸蓄电池是可充电电池,其正 蓄电 极材料是氧化铅,负极材料是铅, 池 电解质溶液是硫酸 燃料 负极消耗燃料,正极消耗氧气 电池 利弊 使用时锌皮逐渐消耗,引起电解质渗 漏;电压不断下降,不能提供稳定电压 可通过检查硫酸的浓度确定是否需要 充电,此类电池充放电方便,稳定性强, 但寿命较短 燃料电池在工作时不断地从外界输入 燃料和氧气,输出电极反应产物;化学 能直接转化为电能,寿命长
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5 如图是日常生活中常见电动自行车主要部件铅蓄电池结构示意图,有关 说法不正确的是 ( )。
A.铅蓄电池属于二次电池 B.实际使用过程中可以无限次充放电 C.使用过程中负极发生氧化反应 D.铅蓄电池体积大、有污染,还不是最理想的电池
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解析:(1)铜与氯化铁溶液可发生反应 2FeCl3+Cu CuCl2+2FeCl2,铜作负极,电 极反应式为 Cu Cu2++2e-,碳棒作正极,电极反应式为 2Fe3++2e2Fe2+。 (2)B 没有构成闭合回路,不是原电池;C 的两极材料相同不能形成原电池;A、 D 符合原电池的构成条件,是原电池,且电子分别从 Zn 电极沿导线流向 Cu 电极 和从铁电极沿导线流向碳棒。
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2 如下图装置不同的两块金属(或一块金属与惰性电极)放入电 解质溶液中,并用导线连接都能形成原电池,A 对,B 错。C 项中甘油是非电解质 (也没形成溶液),不能形成原电池。D 装置没能形成闭合电路,也不能形成原电 池。 答案:A
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2.化学电池表示方法 电池品种 表示方法 (-)Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2,C(+) 锌锰干电池 碱性锌锰干电池 (-)Zn|KOH|MnO2,C(+) 锌汞纽扣电池 (-)Zn|KOH|HgO,C(+) (-)Pb|H2SO4|PbO2(+) 铅酸蓄电池 氢氧燃料电池 (-)Pt,H2|KOH|O2,Pt(+) 3.废旧电池污染的治理 废旧电池必须回收,开发使用无污染或污染较小的新型电池如太阳能电池。 思考:原电池的负极是不是都参与原电池反应? 提示:不是。原电池的负极材料有的参与电极反应,有的不参与电极反应, 只起导电作用,如燃料电池的负极材料。
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1 下列叙述中正确的是( )。 A.任何化学反应都能设计成原电池 B.任何氧化还原反应都能设计成原电池 C.原电池反应一定是氧化还原反应 D.两个不同的金属电极用导线连接插入到电解质溶液中一定能形成原电池 解析:形成原电池的反应是氧化还原反应,A 错。吸热的氧化还原反应一般不能 设计为原电池,B 错。根据原电池的形成条件必须形成闭合回路,D 错。 答案:C
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知识点2
答案:(1)
碳棒 铜片 2Fe3++2eCu Cu2++2e2Fe3++Cu Cu2++2Fe2+ (2)A、D
2Fe2+
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点拨:正确理解并熟记原电池原理是解题的基础:(1)电极名称规定:活泼金属是 负极,相对不活泼的金属或非金属是正极;(2)在外电路,电子由负极流向正极,电 流由正极流向负极;(3)电极反应式中,负极:还原剂 氧化产物+ne-,正极:氧化 剂+ne还原产物;正极上得电子发生还原反应的物质可能是溶液中的阳离 子,也可能是电解质溶液中溶解的 O2,而正极本身不损耗。 负极上失电子的物质 可能是电极本身,也可能是其他物质发生氧化反应。