苏教版高中化学选择性必修1化学反应原理精品课件 专题1 第二单元 第2课时 化学电源

电池反应: LixC6+Li(1-x)CoO2==LiCoO2+6C
。
等,负极材料大都
教材阅读 想一想阅读教材“化学电源”中的“学以致用” 思考:对比普通锌锰电池和碱性锌锰电池,分析碱性锌锰电池的优点。 提示 碱性锌锰电池的优点:比能量大,能提供较大电流并连续放电。
易错辨析 判一判
(1)化学电源都是将化学能直接转化为电能的装置。( √ ) (2)化学电源通常可分为一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。( √ ) (3)放电后不能再使用的电池称为一次电池,如锌锰干电池等。( √ ) (4)可充电、放电循环进行的铅蓄电池、氢镍电池等是二次电池。( √ )
应用体验
【例1】科学家预言,被称为“黑金”的“新材料之王”石墨烯将“彻底改变21
世纪”。某公司研发人员利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量
穿梭运动的特性,在世界上率先开发出石墨烯电池,电池反应为
LixC6+ Li(1-x)CoO2
C6+LiCoO2,其工作原理如图。下列关于该电池的
说法正确的是( )
提示氧气在正极被还原。
重难探究•能力素养全提升
探究一 二次电池
情境探究 铅蓄电池是常见的二次电池,它由两组平行的栅状铝合金极板交替排列
而成,正极板上覆盖PbO2,负极板上覆盖Pb,电解质是硫酸。
(1)从理论上分析,铅蓄电池经过多次充电和放电使用后,需要给铅蓄电池 补充硫酸吗? 提示 不需要。铅蓄电池在充电和放电过程中发热,电解质溶液中的水分会 不断损失,使硫酸浓度增大,需要补充蒸馏水。
名称 电解质溶液 甲醇燃 料电池 KOH溶液 肼燃料 电池 KOH溶液
电极反应和总反应
正极:3O2+6H2O+12e-==12OH负极:2CH3OH+16OH--12e-==2 CO32- +12H2O 总反应:2CH3OH+3O2+4KOH==2K2CO3+6H2O
正极:O2+2H2O+4e-==4OH负极:N2H4+4OH--4e-==N2+4H2O 总反应:N2H4+O2==N2+2H2O
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O
①请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式。
负极:Pb+ SO42--2e-==PbSO4;
注意PbSO4为不溶物,所以负极不是生成Pb2+
正极: PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2O
。
②放电过程中,电解质溶液的pH变 大 ,理由是
2.书写燃料电池电极反应式的三步骤
3.有机燃料电池电极反应式书写方法 电池的负极一定是可燃物,有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合 价规则,燃料失电子发生氧化反应,电池的正极多为氧气得电子,发生还原 反应,特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电 极反应式。 如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。 第一步:确定生成物。 乙醇燃烧生成CO2和H2O,其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和 H2O,故生成物为 CO32- 和H2O。
(2)写出铅蓄电池放电时的电极反应式,分析放电过程中,负极质量的变化 及电解质溶液pH的变化。 提示 负极:Pb+ SO42--2e-==PbSO4;正极:PbO2+4H++ SO42-+2e-==PbSO4+2H2O; 放电过程中,负极的质量增大,电解质溶液的pH升高。
(3)写出铅蓄电池充电时的电极反应式;分析充电时,铅蓄电池的正、负极 分别与直流电源的哪极相连?
考题点睛
变式训练1
镍镉电池是一种可充电电池,使用寿命为10~15年。镍镉电池的总反应为
Cd+2NiOOH+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2。下列说法不正确的是( ) A.放电时,负极发生氧化反应,电极反应式为Cd+2OH--2e-==Cd(OH)2 B.充电时,阳极反应式为Ni(OH)2+OH--e-==NiOOH+H2O C.电池工作时,负极区pH增大,正极区pH减小 D.该电池充电时将电能转化为化学能
基础落实•必备知识全过关
一、一次电池和二次电池
1.化学电源的分类及特点
分类
特点
一次电池 只能 放 电,不能 充 电,消耗到一定程度,不能再使用
二次电池 可反复 充 电和 放 电
燃料电池 将 化学 能直接转化为 电 能,能量利用率高,废弃物排放少
2.一次电池
(பைடு நூலகம்)碱性锌锰电池是一种常用的一次电池,总反应式为
A.有设计师建议该电池采用隔膜效果更好,可选用质子交换膜 B.放电时,LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2-xe-==Li(1-x)CoO2+xLi+ C.对旧的该电池进行“放电处理”有利于回收石墨烯材料 D.石墨烯电池充电时LiCoO2极与电源负极相连
答案 C 解析 Li+在两极之间移动,因此应选择的隔膜需允许Li+通过,质子交换膜只 允许H+通过,因此不选用质子交换膜,A项错误;放电时LiCoO2极发生的电 极反应为Li(1-x)CoO2+xLi++xe-==LiCoO2,B项错误;放电时生成C6,即生成石 墨烯,因此对旧的该电池进行“放电处理”有利于回收石墨烯材料,C项正确; LiCoO2极是原电池的正极,故充电时与电源正极相连,D项错误。
2.二次电池充电、放电的原理 (1)二次电池是既能将化学能转化为电能(放电),又能将电能转化为化学能 (充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电和放电的反应不互为逆反应。 (2)充、放电时各电极上发生的反应。
(3)二次电池电极反应式的书写。 充电时阴极(或阳极)的电极反应式与该电池放电时负极(或正极)的电极反 应刚好相反。例如,铅蓄电池充电、放电的过程如下图所示。
提示 阴极:PbSO4+2e-==Pb+ SO42-;阳极:PbSO4+2H2O-2e-==PbO2+4H++ SO42-; 充电时,铅蓄电池的正极与直流电源正极相连,负极与直流电源负极相连。
方法突破 1.二次电池的总结 (1)可充电电池电极类型和两极反应物的判断。 判断电池放电时电极类型和参加反应的物质,可先标出放电(原电池)总反 应电子转移的方向,失去电子的一极为负极,该物质即为负极参加反应的物 质;得到电子的一极为正极,该物质即为正极参加反应的物质。 (2)电极反应式的书写方法。 ①分析价态变化确定正、负两极及其产物。 ②先写出简单的电极反应式。 ③用电池总反应方程式减去简单的电极反应式得到另一电极反应式。
(3)溶液中离子的移动方向判断。 放电时,阴离子移向负极,阳离子移向正极;充电时,阴离子移向阳极,阳离子 移向阴极。 (4)pH变化规律。 若电极反应消耗OH-(或H+),则电极周围溶液的pH减小(或增大),若电极反 应生成H+(或OH-),则电极周围溶液的pH减小(或增大);若总反应的结果是 消耗OH-(或H+),则溶液的pH减小(或增大),若总反应的结果是生成H+(或 OH-),则溶液的pH减小(或增大);若两极消耗或生成的OH-(或H+)的物质的 量相等,则溶液的pH变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定,应具 体分析。
第二步:确定价态的变化及转移电子数。 乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为-2价, CO32-中碳元素的化合价为+4价,故1 mol乙醇完全反应失去2×[4-(-2)] mol=12 mol 电子。 第三步:列出表达式。
答案 C
解析 由电池反应可知,放电时负极的电极反应式为Cd+2OH--2e-==Cd(OH)2, 负极区OH-浓度减小,pH减小;放电时正极反应式为NiOOH+H2O+e==Ni(OH)2+OH-,正极区OH-浓度增大,pH增大,A项正确,C项错误。充电时 阳极反应式为Ni(OH)2+OH--e-==NiOOH+H2O,B项正确。二次电池放电时 将化学能转化为电能,充电时将电能转化为化学能,D项正确。
探究二 燃料电池
情境探究 燃料电池是一种把燃料和氧化剂所具有的化学能直接转化成电能的化
学装置。燃料电池用燃料和氧化剂作原料,排放出的有害气体极少,从节约 能源和保护生态环境的角度来看,燃料电池是很有发展前景的发电装置。 我国高度重视燃料电池技术的发展。氢能被誉为21世纪的“终极能源”,具 有高效、环保等特点,氢能转化被视为新能源汽车的终极解决方案,2030年 我国氢燃料电池汽车有望达百万辆。
二、氢氧燃料电池
氢气、氧气分别在多孔金属电极上发生 氧化
当电解质为KOH时,其电极反应式表示如下:
负极: 2H2+4OH--4e-==4H2O ;
正极: O2+2H2O+4e-==4OH-
;
燃料电池中,氧气在正极反应
电池反应:2H2+O2==2H2O。
反应、 还原 反应。
教材阅读 想一想阅读教材“化学电源”中燃料电池的相关内容 思考:酸性和碱性氢氧燃料电池中,反应进行一段时间后电解质溶液的pH 分别如何变化? 提示 碱性氢氧燃料电池中溶液的pH变小,酸性氢氧燃料电池中溶液的pH 变大。
(1)燃料电池与一次电池、二次电池相比有哪些优点?
提示 正、负极反应物分别是氧化剂和燃料,工作时将反应物不断地输入电 池的两极,反应产物不断排出电池,能连续不断地提供电能,能量利用率高, 污染小等。 (2)以氢氧燃料电池为例,写出正、负极反应物并写出当电解质溶液为KOH 溶液时的电极反应式。
提示 负极反应物是氢气,正极反应物是氧气。负极:2H2-4e-+4OH-==4H2O; 正极:O2+4e-+2H2O==4OH-。
第二单元 第2课时 化学电源
01 基础落实•必备知识全过关
内
容
索
02 重难探究•能力素养全提升
引
03 学以致用•随堂检测全达标
素养目标
1.通过交流讨论了解一次电池、二次电池和燃料电池的基本构造,学会书 写常见的电极反应式和电池反应。 2.通过相关的信息分析了解化学电源的工作原理,初步建立化学电源工作 原理的认知模型,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 3.通过学习各类电池的实际应用,感受化学给人类带来的进步和文明,通过 了解废旧电池对环境的危害,树立环保意识,培养科学态度与社会责任的化 学核心素养。
(3)当氢氧燃料电池的电解质溶液为稀硫酸时,写出电极反应式。 提示 负极:2H2-4e-==4H+;正极:O2+4H++4e-==2H2O。
方法突破
1.常见的四种典型燃料电池
名称 电解质溶液
KOH溶液 氢氧燃 料电池
稀硫酸
甲烷燃 料电池
KOH溶液
电极反应和总反应
正极:O2+4e-+2H2O==4OH负极:2H2-4e-+4OH-==4H2O 总反应:2H2+O2==2H2O 正极:O2+4e-+4H+==2H2O 负极:2H2-4e-==4H+ 总反应:2H2+O2==2H2O 正极:2O2+4H2O+8e-==8OH负总极反应:CH:C4H+14+02OOH2-+-82eK-=O=HC=O=32K-+2C7HO23O+3H2O
H2SO4不断被消耗,使c(H+)减小,pH增大 。
(2)锂离子电池正极材料采用 磷酸铁锂 或 钴酸锂
是碳素材料,如 人工石墨 、碳纤维、天然石墨等。
以钴酸锂-石墨锂电池为例,放电时电极反应式为:
负极: LixC6-xe-==6C+xLi+ ;
正极: Li(1-x)CoO2+xLi++xe-==LiCoO2 ;
Zn+2MnO2+2H2O==2MnOOH+Zn(OH)2。 ①负极是 Zn ,正极是 MnO2 ,电解质溶液是 KOH 溶液;
②负极反应式是Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2; ③正极反应式是2MnO2+2H2O+2e-==2MnOOH+2OH-。 (2)银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点,总反应式为
易错辨析 判一判 (1)氢氧燃料电池可将热能直接转化为电能。( × )
提示氢氧燃料电池属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,不能将热能 直接转化为电能。 (2)通过不断充入燃料和氧化剂,连续使用的电池称为燃料电池。( √ ) (3)氢氧燃料电池的正极材料和负极材料本身都不参与电极反应。( √ ) (4)氢氧燃料电池工作时氧气在负极被氧化。( × )
Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag。 ①负极反应式是Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2; ②正极反应式是Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-。
3.二次电池
(1)铅蓄电池是常见的二次电池,其负极是 Pb ,正极是 PbO2 ,电解质
是 硫酸
。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下: