化学选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池背景图ppt课件

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1.通过对常见化学电源的学习,了解常见类型的三种化学电源。2.通过新型电池分析训练,学会分析新型化学电源的工作原理并能书写其电极反应。
学习任务1　常见化学电源
1.常见化学电源分类(1)一次电池:常见一次电池有 、纽扣式锌银电池等。(2)二次电池:常见二次电池有 等。(3)燃料电池:常见燃料电池有 . 等。
铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池
氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料
2.三类化学电源的工作特点(1)一次电池:内部还原剂、氧化剂反应完毕后不能再用,只能废弃,会造成环境污染。(2)二次电池:此类电池放电完毕(电池内的氧化剂、还原剂反应完毕)后,可以再充电。充电过程就是电池内氧化剂、还原剂再生并“复位”(回到原来所处位置)过程。充电是 能转化为 能的过程,充电原则是 (充电电源正极连接二次电池正极、电源负极连接二次电池负极)。二次电池寿命较长,污染总体较小。(3)燃料电池:此类电池的氧化剂、还原剂不在电池内,而是在电池工作过程中不断输入电池内部。燃料电池寿命长,效率很高(转化率可高达90%以上),污染较小。
3.常见三类化学电源的工作原理分析(1)常见一次电池。
微点拨:三类化学电源的电极特点(1)一次电池:负极一般是活性较高的金属,通常会被消耗掉。正极通常是“夹心雪糕模式”(里边是电极芯——一般是导电性金属、合金或石墨材料,外边包覆氧化剂),极芯一般不会消耗,但外面包覆的氧化剂会消耗掉。(2)二次电池:正、负极一般均为“夹心雪糕模式”。极芯均起导电与支撑作用,不会消耗,但外面包覆的氧化剂、还原剂放电时会消耗,充电时会再生。(3)燃料电池:正、负极一般为多孔石墨、多孔金属陶瓷等材质。多孔结构有利于燃料及助燃剂(多为氧气)放电。
探究1　一次电池电极反应的书写技巧
问题1:先把电池反应的化学方程式配平,然后画出双线桥。
提示: 。
问题2:根据“得电子线桥”写出正极反应。
问题3:用电池反应减去正极反应或根据“失电子线桥”写出负极反应。
探究2　二次电池电极“充电”反应的书写技巧
问题4:画出“放电”的双线桥。
问题5:根据双线桥写出放电的正、负极反应。
问题6:结合放电的正、负极反应写出充电的阴、阳极反应。
探究3　燃料电池电极反应的书写技巧一种高温熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图。
问题7:根据电池结构图,结合电解质特点,写出电池正极反应。
问题8:该电池燃料有两种,分别是CO和H2,写出两者与氧气发生燃烧反应的化学方程式。
问题9:用总反应减去正极反应(注意把O2消去,因为氧气不可能在负极参与反应)写出负极反应。
(1)一次电池电极反应书写技巧:根据电池反应,先画双线桥,然后写出负极(负极一般比较简单)反应,再用电池反应(改为离子方程式)“减去”负极反应即得正极反应。(2)二次电池电极反应书写技巧:①先分析“放电”,后分析“充电”(放电仍然可以运用双线桥法);②放电时一般先写负极,再用总反应减去负极反应得正极反应;③“放电”的负极“颠倒”过来是充电的“阴极”,“放电”的正极“颠倒”过来是充电的“阳极”。(3)燃料电池正、负极判断技巧:①燃料电池一般两个电极材料相同,所以无法根据电极材料判断正、负极;②燃料电池一般通入燃料的电极是负极,通入氧气(或其他氧化剂)的电极是正极。
(4)燃料电池电极反应书写技巧:①一般燃料电池先写正极反应,因为燃料电池负极燃料种类繁多,但正极一般都是O2,比较固定;②根据燃料电池电解质特点,写出相应的正极反应,然后用电池反应(燃烧方程式)减去正极反应得负极反应。
4.(2021·安徽芜湖期末)我国科研人员研制出以钠箔和多壁碳纳米管为电极的可充电“Na-CO2”电池,工作过程中,Na2CO3与C均沉积在多壁碳纳米管电极上,其工作原理如图所示。下列叙述错误的是(　 　)
题点三　燃料电池5.(2021·黑龙江哈尔滨月考)一种以液态肼(N2H4)为燃料、氧气为氧化剂、某固体氧化物为电解质的新型燃料电池的工作原理如图所示。在700～900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动。生成物为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　 　)
6.(2021·广东深圳期中)某HCOOH燃料电池的工作原理如图所示,其中,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。下列说法错误的是(　 　)
实用化学电源题型,解题关键是对题目信息的提取与理解。题目所给信息包括:电池结构图、电池反应或某一电极反应等。要特别注意从元素化合价变化角度进行氧化还原的分析。
新型原电池类题通常把信息浓缩在一张电池结构图中。此类题型,首先是从图中提炼信息。提炼信息有两类:(1)元素化合价变化信息,通过元素化合价变化就能搞清楚氧化还原反应的情况,根据氧化还原反应即可判断正、负极电极反应。(2)微粒变化及运动方向信息,此类题型经常会出现很多“箭头”,“箭头”一般有两种含义:①表示转化;②表示运动方向。
科学家设计微生物原电池,用于处理废水(酸性)中的有机物及脱除硝态氮,该装置原理示意图如图。
探究　新型原电池中“箭头”与“价态”
提示:N元素由+5价变为0价;此半反应属于还原反应;电极m是正极。问题2:根据元素化合价,写出正极反应。
新型电池类题解题思路(1)根据反应或图示分析价态:分析两极各物质或微粒价态变化,要注意图中箭头意义。(2)写出正、负极电极反应:根据“得失电子、电荷、原子”三大守恒,结合电解质特点或膜特点写出正、负极电极反应。(3)做出判断或计算:根据电极反应即可判断反应、pH,得电子为还原反应,失电子为氧化反应,消耗H+或生成OH-,酸性减弱或碱性增强,则pH升高,消耗OH-或生成H+,碱性减弱或酸性增强,则pH降低;原电池中离子移动方向是“正正负负”;原电池计算依据是正、负极得失电子守恒,电解质溶液电荷守恒。
1.(2021·福建泉州月考)全钒氧化还原液流电池是一种新型绿色的二次电池,具有容量和功率可调、大电流无损深度放电、使用寿命长、易操作和维护等优点,其放电时的工作原理如图所示,下列叙述正确的是(　 　)
1.误认为极区反应是电极反应。其实不然,极区反应一般是指在电极附近区域发生的反应,属于电解质内电路中发生的反应,不一定是氧化还原反应。而电极反应一般指的是电极表面上进行的半反应。2.误把充电时离子移动方向与放电时离子移动方向混淆。充电是电解过程,此时电极称阴、阳极,离子移动是“正阴负阳(带正电离子移向阴极,带负电离子移向阳极)”。放电过程离子移动是“正正负负”。3.误把“负载”与“电源”混淆。负载属于“用电器”,此时是化学能转变为电能,给负载供电,属于放电过程。带电源时属于电解过程,此时是电能转变为化学能,属于充电过程。
人工固氮是指人为地把氮气通过化学变化转化成含氮化合物的过程。传统的人工固氮是用氮气与氢气反应来合成氨。这种方法消耗能源较多,生产效率不够高。有人设想以N2和H2为反应物,以溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能又能固氮的新型燃料电池,装置如图所示。
(1)电池正极发生的反应是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)A是　　　　　　　(填名称)。 
解析:(2)根据(1)的分析可知,A是氯化铵。
(3)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理如图,石墨Ⅰ为电池的　　　　极;该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y,其电极反应为　　　　　　　。