鲁科版高中化学选择性必修1第1章化学反应与能量转化第2节第2课时化学电源课件

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第1章　化学反应与能量转化第2节　第2课时　化学电源素 养 目 标1.了解不同化学电源的工作原理,从而形成科学探究与创新意识的学科核心素养。2.了解各类电池的生产工艺和回收价值,了解新型电池的开发,体验科学态度与社会责任的学科核心素养。基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升目录索引 基础落实•必备知识全过关必备知识一、化学电源1.定义:是将化学能直接转化为电能的装置。二、常见的化学电源1.一次电池(1)酸性锌锰电池。①组成——正极:石墨。负极:锌筒。电解质溶液:氯化铵和氯化锌混合溶液,用淀粉糊固定化。②工作原理。负极反应:Zn-2e-==Zn2+。正极反应:2MnO2+2N +2e-==Mn2O3+2NH3+H2O。总反应:Zn+2MnO2+2N ==Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O。(2)碱性锌锰电池。①组成——正极:MnO2。负极:Zn。电解质:KOH。②工作原理:负极反应为Zn+2OH--2e-==ZnO+H2O;正极反应为2MnO2+2H2O+2e-==2MnOOH+2OH-。总反应为Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH。2.二次电池(以铅蓄电池为例)(1)组成——正极:PbO2。负极:Pb。电解质溶液:H2SO4溶液。(2)工作原理:铅蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应和电池反应如下。负极:Pb+S -2e-==PbSO4。正极:PbO2+4H++S +2e-==PbSO4+2H2O;总反应:Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O。铅蓄电池放电时,正极和负极质量均变大,硫酸浓度减小 3.燃料电池(1)氢氧燃料电池。下图为一种氢氧燃料电池结构示意图,电解质溶液为KOH溶液,电极材料为多孔石墨,氢气和氧气(或空气)源源不断地通到电极上。则氢氧燃料电池的电极反应为:负极2H2+4OH--4e-==4H2O;正极O2+2H2O+4e-==4OH-;电池总反应为2H2+O2==2H2O。(2)工作原理:燃料电池的特点是电池的正、负极反应物气体分别储存在电池之外的容器中。两种气体分别不断地输入燃料电池的两极,通过燃料气体在负极发生的氧化反应和氧气在正极发生的还原反应,实现一个相当于燃烧反应的电池反应,将化学能转变为电能。燃料电池的燃料除了氢气外,还有甲烷、甲醇和乙醇等。(3)应用前景:燃料电池具有能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点,已成为一种发展前景十分广阔的化学电源。自我检测判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)太阳能电池不属于原电池。(　　)(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(　　)(3)铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。(　　)(4)碱性锌锰干电池是一次电池,其中MnO2是催化剂,可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。(　　)(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能。(　　)(6)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 mol电子时,负极增重4.8 g。(　　)√ × √ × × √ 重难探究•能力素养全提升探究一　二次电池(可充电电池)问题探究铅蓄电池的电池总反应是什么? 提示 铅蓄电池属于二次电池。电池总反应是Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。 归纳拓展1.可充电电池的思维模型 2.“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应若已知电池放电时的总反应,可先写出较易书写的一极的电极反应,然后在电子守恒的基础上,由总反应减去较易写出的一极的电极反应,即可得到较难写出的另一极的电极反应。应用体验视角1 锂离子电池1.2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家。磷酸铁锂锂离子电池放电工作示意图如图。下列叙述错误的是(　　)A.放电时,Li+通过隔膜移向正极B.放电时,电子由铝箔沿导线流向铜箔C.放电时正极反应为xFePO4+xLi++xe-==xLiFePO4D.磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li+迁移实现,C、Fe、P元素化合价均不发生变化磷酸铁锂锂离子电池放电原理示意图 D解析 放电时,“同性相吸”即Li+通过隔膜移向正极,A正确;放电时,电子由负极即铝箔沿导线流向正极即铜箔,B正确;放电时正极得电子,发生还原反应: xFePO4+xLi++xe-==xLiFePO4,C正确;磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li+迁移实现,其中Fe元素化合价发生变化,D错误。2.微生物电池可用来处理废水中的对氯苯酚,其工作原理示意图如下。关于该电池的说法不正确的是(　　)A.a极是负极B.H+向b极迁移C.对氯苯酚在电极上发生的反应是D.电路中通过0.4 mol e-,消耗了0.1 mol CH3COO- D3.常见铅蓄电池是二次电池,其电极材料分别为Pb和PbO2,电解质溶液为稀硫酸,工作时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。请依据上述情况填空:(1)铅蓄电池的负极材料是_______________。 (2)请依据两极材料和总反应,写出放电时的正极反应:_____________________________________________。 (3)请依据总反应和正极反应,写出放电时的负极反应:_____________________________________________。 (4)放电时,电解质溶液中阴离子移向_______极;电流从_____________电极流向___________电极。 (5)放电时,电解质溶液的酸性___________(填“增强”“减弱”或“不变”)。 铅(Pb) 负 氧化铅(PbO2) 铅(Pb) 减弱 解析 此题考查常见电池的工作原理,依据原电池的反应原理、铅蓄电池的工作原理及其总反应可得相应的答案。探究二　“高效、环境友好”的燃料电池问题探究试论述燃料电池的优越性。提示 燃料电池被人们誉为“绿色”发电站,燃料电池具有以下优点:无传动部件,无磨损,无声,可做成任意大小(如心脏起搏器和数百万千瓦的发电站)。归纳拓展1.氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池,可分为酸性和碱性两种 2.燃料电池规律的总结(1)燃料电池总反应一般是燃料的燃烧反应(有些情况下电解质参与反应)。如2H2+O2==2H2O、CH4+2O2==CO2+2H2O(酸性)、CH4+2O2+2NaOH==Na2CO3+3H2O(碱性)等。(2)燃料电池的正极上发生反应的是氧化剂,发生还原反应。通常是O2+2H2O+4e-==4OH-(碱性)、O2+4H++4e-==2H2O(酸性)等。(3)燃料电池的负极上是燃料发生氧化反应。书写负极的电极反应通常有两种方法(思路)。方法一:守恒分析法方法二:用电池总反应减去正极的电极反应可得出负极的电极反应。①总反应:CH4+2O2+2OH-==C +3H2O(碱性电池)正极反应:2O2+4H2O+8e-==8OH-负极反应:CH4+10OH--8e-==C +7H2O。②总反应:CH4+2O2==CO2+2H2O(酸性电池)正极反应:2O2+8H++8e-==4H2O负极反应:CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+。应用体验视角1 微生物燃料电池1.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是(　　)A.该电池能够在高温下工作B.电池的负极反应:C6H12O6+6H2O-24e-═6CO2↑+24H+C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移D.在电池反应中,每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下CO2气体B解析 微生物燃料电池在高温下不能工作,A错误;放电过程为原电池反应, H+应向正极迁移,C错误;由电池反应C6H12O6+6O2═6CO2+6H2O知,每消耗1 mol O2理论上生成1 mol CO2,在标准状况下的体积为22.4 L,D错误。视角2 氢氧燃料电池2.下图为氢氧燃料电池原理示意图,下列叙述不正确的是(　　)A.a电极是负极B.b电极的电极反应为4OH--4e-═2H2O+O2↑C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置B解析 从题图中可看出a电极处进入的是H2,b电极处进入的是O2,该电池的总反应是2H2+O2═2H2O,故a电极处H2失e-被氧化,a为负极;b电极为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-═4OH-,故B项不正确。视角3 固体氧化物/碱燃料电池3.燃料电池是一种利用能源物质的新形式,比如我们可用熔融的K2CO3作电解质,惰性材料作电极,一极通CH2=CH2,另一极通O2、CO2。下列说法中不正确的是(　　)D答题模板 解答燃料电池题目的思维模型 解答燃料电池题目的几个关键点:(1)明确离子导体是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。(2)通入负极的物质为燃料,通入正极的物质一般为氧气。(3)通过离子导体中离子的移动方向,可判断电池的正、负极,同时考虑该离子参与移向一极的电极反应。4.(2022江西高二期末)固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)A.有O2参加反应的电极a为电池的负极B.多孔电极b的电极反应为H2+2e-+O2-==H2OC.多孔电极a的电极反应为O2+2H2O+4e-==4OH-D.该电池的总反应为2H2+O2==2H2OD解析 多孔电极b上通入H2,电子从多孔电极b流向多孔电极a,所以多孔电极b为负极,H2在该极发生氧化反应,多孔电极a为正极,O2在该极发生还原反应,A错误;负极的电极反应为H2-2e-+O2-═H2O,B错误;正极的电极反应为O2+4e-═2O2-,C错误;电池总反应为2H2+O2═2H2O,D正确。