高中化学第一节 原电池课堂教学课件ppt

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1.通过对常见化学电源的分析,建立对原电池过程系统认识的思维模型,提高对原电池本质的理解,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。2.了解化学电源的应用及废旧电池对环境的危害,积极回收利用废旧电池,减少其对环境的污染,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
化学电源1.化学电源概述(1)化学电源的分类
(2)判断电池优劣的主要标准①比能量:　　　　　　或　　　　　所能输出　　　　的多少。 ②比功率:　　　　　　或　　　　　所能输出　　　　的大小。 ③电池可储存时间的长短。
2.常见电池的工作原理(1)一次电池(以碱性锌锰电池为例)①组成:正极　　　;负极　　　;电解质　　　。 ②工作原理:
Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2　
2MnO2+2e-+2H2O===2MnO(OH)+2OH-
(2)二次电池(以铅酸蓄电池为例)①组成:正极　　　　;负极　　;电解质溶液　　　　。 ②工作原理:铅酸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。a.放电过程的电极反应、总反应:
铅酸蓄电池放电时,正极和负极质量均变大,硫酸浓度减小
b.铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。
(3)燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)①构造:
燃料电池的两电极不参与反应,而是燃料和氧化剂分别在两极反应
H2-2e-===2H+
O2+2H++2e-===H2O
H2+ O2===H2O
3.废旧电池的危害与处理(1)危害:废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质,若随意丢弃,会对生态环境和人体健康造成危害。(2)处理方法:回收处理。
微思考阅读教材铅酸蓄电池的知识。思考:在铅酸蓄电池放电过程中,电路中若通过2 ml电子,则正极质量会发生怎样的变化?变化多少克?消耗硫酸的物质的量是多少?
提示 正极质量增加64 g,消耗硫酸的物质的量为2 ml。
深化理解铅酸蓄电池放电过程中量的变化根据铅酸蓄电池放电的电池反应,可以看出放电过程中H2SO4不断被消耗,c(H+)减小,pH增大。反应中每转移1 ml电子消耗1 ml H2SO4。
知识拓展锂离子电池(以钴酸锂电池为例)(1)构成:负极材料为嵌锂石墨,正极材料为钴酸锂(LiCO2),电解质溶液为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水,因为金属锂极易与水反应)。(2)放电反应原理负极:LixC6-xe-=== xLi+6C正极:Li1-xCO2+xLi++xe-=== LiCO2总反应:LixC6+Li1-xCO2=== LiCO2+6C(3)特点:质量小、体积小、储存和输出能量大等。
易错辨析(1)碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池都属于二次电池。(　　)(2)废电池进行集中处理的目的是防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源造成污染。(　　)
提示 碱性锌锰电池属于一次电池。
探究一　新型化学电源的工作原理
一种充电电池的原料为H2,其电池反应为H2+2NiOOH 2Ni(OH)2,它具有比能量高等优点,常作为电动汽车、卫星等的电源。(1)该电池内电解质溶液呈酸性还是碱性?
(2)该电池放电时的电极反应如何书写?
提示 负极:H2+2OH--2e-===2H2O正极:2NiOOH+2H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH-
(3)该电池充电时能量发生怎样的变化?
提示 电能转化为化学能。
电极反应书写的一般步骤
视角1常见化学电源1.如图所示是两种常见的化学电源示意图,下列说法不正确的是(　　)
A.甲电池属于一次电池B.甲电池放电时,电子从锌筒经外电路到石墨电极C.乙电池的负极反应为Pb-2e-=== Pb2+D.乙电池充电时将电能转化为化学能
解析 甲电池是锌锰干电池,属于一次电池,A正确;甲电池中,锌作负极,放电时失去电子,电子从锌筒经外电路到石墨电极,B正确;乙电池的负极反应为Pb-2e-+ ===PbSO4,C错误;乙电池充电时将电能转化为化学能,D正确。
【变式设问】写出乙电池的总反应,并计算电池中每消耗2 ml H2SO4时转移电子的物质的量。
提示 总反应:Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,每消耗2 ml H2SO4,转移2 ml电子。
视角2陌生电池工作原理分析2.[热激活电池]某种热激活电池的结构如图所示,该电池放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4,下列说法正确的是(　　)
A.放电时,a极的电极反应为3Li13Si4-11e-=== 4Li7Si3+11 Li+B.该电池中火药燃烧将化学能转化为电能C.常温时,在a、b间连接电流表,指针偏转D.放电过程中,Li+移向a极区
解析 a极,Li13Si4失去电子变成Li7Si3,为负极;b极,MnO2得到电子生成LiMn2O4,为正极;Li+从a极区到b极区,从而形成闭合回路。放电时,a极的电极反应为3Li13Si4-11e-===4Li7Si3+11 Li+,A正确;该电池中,火药燃烧将化学能转化为热能,热能再引发电极反应转化为电能,B错误;由于需要热激活,故常温时无法供电,C错误;放电过程中,Li+移向b极区,D错误。
3.[热激活电池]热激活电池可应用于特殊环境。一种热激活电池的工作原理如图所示,该电池的总反应为2Li+FeS2=== Fe+Li2S2。下列说法正确的是(　　)
A.放电时Li+向a极移动B.正极的电极反应为FeS2+2e-=== Fe+C.电子由a电极经熔融介质流向b电极D.放电时,若有0.2 ml e-转移,则正极质量增加6.4 g
解析 电池的总反应为2Li+FeS2===Fe+Li2S2,Li发生失电子的反应生成Li+,FeS2发生得电子的反应生成Fe和 ,则Li作负极,即a极为负极,FeS2为正极,即b极为正极。放电时阳离子移向正极,即Li+向b极移动,故A错误;负极反应为Li-e-===Li+,正极反应为FeS2+2e-===Fe+ ,故B正确;放电时电子从负极经过导线流向正极,不能进入熔融介质中,故C错误;正极反应为FeS2+2e-===Fe+ ,正极上FeS2→Fe+Li2S2,若有0.2 ml e-转移,增加0.2 ml Li+的质量,则正极质量增加0.2 ml×7 g·ml-1=1.4 g,故D错误。
4.[水激活电池]以海水为电解质溶液的水激活电池结构如图所示。下列说法不正确的是(　　)A.正极反应是AgCl+e-=== Ag+Cl-B.海水中的Cl-向镁电极移动C.镁电极会发生副反应:Mg+2H2O=== Mg(OH)2+H2↑D.电池总反应是2Ag++Mg=== 2Ag+Mg2+
归纳总结　海水激活电池在未加入海水前,没有电解质溶液,不能形成原电池,加入海水后形成化学电源。
解析 该装置为原电池,镁作负极,发生失电子的氧化反应,AgCl在正极得电子发生还原反应生成Ag,正极反应是AgCl+e-===Ag+Cl-,A正确;海水中的Cl-向负极(镁电极)移动,B正确;镁为活泼金属,与水接触可能会发生副反应:Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑,C正确;溶液中没有游离的Ag+,该电池总反应为Mg+2AgCl===2Ag+MgCl2,D错误。
5.[微生物燃料电池]微生物燃料电池是一种利用微生物将有机化合物中的化学能直接转化成电能的装置。某污水处理厂利用微生物燃料电池处理含铬废水的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电池工作时a极发生氧化反应B.CH3OH与 也可直接反应C.电池工作一段时间后,右边溶液的酸性增强D.a极的电极反应为CH3OH-6e-+H2O=== CO2↑+6H+
归纳总结　微生物电池中有微生物参与电池反应,适当升温可加快反应速率,当温度过高时,微生物会被杀死导致反应速率大大降低。
解析 原电池中氢离子向正极移动,由图可知,b极为正极,发生还原反应,电极反应为 +6e-+14H+===2Cr3++7H2O,当电路中转移6 ml电子,则生成2 ml Cr3+,2 ml Cr3+与水反应生成6 ml H+同时生成2 ml Cr(OH)3,则右边实际消耗8 ml H+,而电路中转移6 ml电子时,从左边迁移过来的H+为6 ml,因此右边n(H+)减小,H+浓度降低,酸性减弱,C错误;a极为负极,甲醇发生氧化反应生成二氧化碳,电极反应为CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+,A、D正确;自发的氧化还原反应可以设计成原电池,故CH3OH与 也可直接反应,B正确。
探究二　常见的燃料电池
设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入汽油蒸气[以壬烷(C9H20)代表汽油],电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-。(1)该电池放电时发生反应的化学方程式如何书写?
提示 该电池放电时发生的化学反应就是壬烷与O2的化学反应:C9H20+14O2===9CO2+10H2O。
(2)该电池的正极反应如何书写?负极发生什么反应?
(3)固体电解质里的O2-的移动方向是怎样的?
(4)若用KOH溶液代替固体电解质,则放电时负极电极反应如何书写?
提示 该电池的正极是氧气得电子,电极反应为O2+4e-===2O2-。负极失去电子发生氧化反应。
提示 原电池中阴离子(O2-)向负极移动。
提示 C9H20+74OH--56e-===9 +47H2O。
书写燃料电池电极反应的三个步骤
名师点拨　书写燃料电池电极反应时,应首先看明白电解质的特点,常见的电解质有酸、碱、熔融氧化物、熔融碳酸盐等。在酸溶液中,可存在H+与H2O的相互转化,不能有OH-参与或生成;在碱溶液中,可存在OH-与H2O的相互转化,不能有H+参与或生成;电解质为熔融氧化物,则正极O2反应生成O2-,负极可有O2-参与反应;电解质为熔融碳酸盐,则正极O2、CO2(正极要通
视角1熔融碳酸盐燃料电池1.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,一极通入CH2==CH2,另一极通入O2、CO2。下列说法不正确的是(　　)A.电池的总反应为CH2== CH2+3O2=== 2CO2+2H2O
解析 燃料电池中通入可燃性气体的一极为负极,D项错误;该燃料电池的总反应为CH2==CH2+3O2===2CO2+2H2O,产物CO2、H2O均不与熔融的K2CO3反应,A项正确;正极O2得到电子生成O2-,O2-与CO2反应生成 ,B项正确;负极:C2H4+ -e-→CO2+H2O,配平可得负极电极反应,C项正确。
归纳总结　燃料电池负极电极反应的书写方法(1)找出反应物(燃料)和对应的主要产物,本题中C2H4→CO2。
(5)用观察法配平其他物质的化学计量数,可得C2H4+6 -12e-=== 8CO2+2H2O。
视角2酸性或碱性燃料电池2.如图是甲醇燃料电池的结构示意图,甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应,电池总反应为2CH3OH+3O2=== 2CO2+4H2O。下列说法不正确的是(　　)
A.左电极为电池的负极,a处通入的物质是甲醇B.正极反应为O2+2H2O+4e-=== 4OH-C.负极反应为CH3OH+H2O-6e-=== CO2+6H+D.该电池提供1 ml e-,消耗氧气0.25 ml
解析 CH3OH在负极反应,O2在正极反应。根据电子流向可以判断a处通甲醇,b处通O2,A正确;负极反应为CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+,正极反应为O2+4e-+4H+===2H2O,B错误,C正确;当电池提供1 ml电子时,消耗O2为 ml=0.25 ml,D正确。
3.如图是用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池示意图,下列有关说法不正确的是(　　)A.电极1发生氧化反应B.电池工作时,Na+向电极2移动C.电池工作时,电极1附近溶液的pH增大D.电极2发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=== 4OH-
解析 液氨-液氧燃料电池中,液氧是氧化剂,电极2是正极;液氨是还原剂,在负极上失去电子被氧化为氮气,电极1是负极,A正确;电极1的电极反应为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O,反应消耗OH-,pH减小,C错误;电池工作时,Na+(阳离子)向正极移动,电极2是正极,B正确;电极2为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,D正确。
视角3熔融氧化物燃料电池4.一种液态肼(N2H4)燃料电池被广泛应用于发射通信卫星等的运载火箭中。该燃料电池以熔融氧化物为电解质,生成物为无毒无害的物质。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A.电子沿“电极a→用电器→电极b→电解质→电极a”的路径流动B.电极a上的电极反应为N2H4+2O2-+4e-=== N2↑+2H2OC.当电极a上消耗1 ml N2H4时,电极b上被氧化的O2在标准状况下的体积为22.4 LD.该电池常温时不能工作