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(共39张PPT)
化学电源
第3课时
第一节　化学反应与能量变化
学习目标
1.通过认识生活中常用的各类电池,能够辨识一次电池、二次电池、燃料电池等。
2.通过常见化学电源的学习,能解释其工作原理,书写简单化学电源的电极反应式。
任务分项突破
『自主梳理』
学习任务　认识常见的化学电源
1.一次电池
(1)特点:电池放电后 充电(内部的氧化还原反应 逆向进行),如锌锰干电池属于一次电池。
不能
无法
(2)锌锰干电池的构造如图所示。
①锌筒为 ,电极反应是Zn-2e- Zn2+。
②石墨棒为 ,最终被还原的物质是 。
③NH4Cl糊的作用是 。
负极
正极
二氧化锰
作电解质溶液
2.二次电池(充电电池)
(1)特点:二次电池在放电时所进行的 ,在充电时可以 ,使电池恢复到放电前的状态。
(2)能量转化:化学能 电能。
(3)常见的充电电池:铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
氧化还原反应
逆向进行
3.燃料电池
(1)特点:①反应物不是储存在电池内部;②能量转化率高、清洁、安全;③供电量易于调节。
(2)燃料电池常用的燃料有 、 、乙醇等;常用氧化剂为氧气。
(3)燃料电池中通入燃料的电极为负极,通入空气(或O2)的电极为正极。
氢气
甲烷
『互动探究』
探究1　辨析电池类别
提示:一次电池、一次电池、二次电池;燃料电池。
问题1:图甲、图乙、图丙所示电池的类别分别是什么 图丁所示新能源车的动力电池是哪类电池
问题2:结合所学知识判断干电池与充电电池的本质区别,并说出燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别。
提示:干电池是一次电池,放电之后不能充电,即内部的氧化还原反应是不可逆的;充电电池又称二次电池,它在放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部,而是从外部提供,这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。
探究2　化学电源的工作原理
锂电池是一类应用广泛的化学电源,大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性价比均优于锂离子电池。一种锂-空气电池的工作原理如图所示,总反应式为4Li+O2+2H2O 4LiOH。
问题3:A、B分别为原电池的什么极,发生什么反应 写出电极反应式。电解液b的pH如何变化
提示:A极为负极,发生氧化反应,4Li-4e- 4Li+;B极为正极,发生还原反应,O2+4e-+2H2O 4OH-;电解液b中c(OH-)增大,溶液pH增大。
问题4:电解液a可以是水溶液吗 为什么 电解液a中的Li+向什么极迁移
提示:不可以。因为Li与H2O反应;Li+为阳离子,向B极方向迁移。
归
纳
拓
展
常见化学电源电池反应式的书写
1.一次电池(以碱性锌锰干电池为例)
2.二次电池(可充电电池,以铅酸蓄电池为例)
3.燃料电池(以氢氧燃料电池为例)
『题组例练』
题点一　一次电池
C
解析:由电池放电时反应分析,Zn化合价升高,失去电子,作电池的负极,发生氧化反应,A正确;该电池反应产物存在Zn(OH)2,电解质溶液呈碱性,B正确;电池工作时,电子从电池的负极流向正极,即电子从Zn极经过外电路流到Ag2O极,电子不能通过电解质溶液,
C错误;正极得到电子,发生还原反应,电极反应式为Ag2O+2e-+
H2O 2Ag+2OH-,D正确。
B
解析:从电池的总反应看,锂失去电子,作负极,A错误;锂作负极,放电时电极反应为Li - e- Li+,B正确;放电时正极得到电子发生还原反应,C错误;电池放电时,常会伴随热量变化,则能量转化率小于100%,D错误。
题点二　二次电池
3.新能源汽车最重要的部件就是电池,现有一款铅酸蓄电池,放电时的电池反应:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。下列叙述正确的是(　 　)
A.电池放电时,电能转化为化学能
B.电池放电时,Pb是负极
C.电池放电时,PbO2得电子,被氧化
D.电池放电时,溶液酸性增强
B
解析:电池放电时为原电池,化学能转化为电能,A错误;电池放电时,Pb发生氧化反应,作负极,B正确;放电时PbO2得电子,被还原,C错误;由放电时的电池总反应可知,反应消耗硫酸,溶液的酸性减弱,D错误。
C
题点三　燃料电池的应用
5.氢氧燃料电池具有绿色环保和高效等特点,某种氢氧燃料电池的结构示意图如图所示。该电池工作时(　 　)
A.a处通入O2
B.甲电极为负极
C.电能转化为化学能
D.正极反应式为H2-2e- 2H+
B
6.燃料电池一直是电池研究的热点,可作为汽车的能源。一种碱性天然气燃料电池的简易装置如图所示。下列说法错误的是
(　 　)
A.a电极是负极,该电极上发生氧化反应
B.b电极上的反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-
C.电池工作时,溶液中的K+向a极移动
D.该电池能提高能量的利用率,且几乎不排放温室气体CO2
C
知识整合
学科素养测评
电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面,请根据题中提供的信息,回答下列问题。
(1)铅酸蓄电池在放电时发生的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。负极的电极反应式为 　。
(2)锂锰电池是一种性能优良的一次电池。该电池的基本结构如图所示,其中电解质是LiClO4,溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。
①外电路的电流方向是由　　(填“a或b”,下同)极流向　　极。
解析:(2)①在锂锰电池中,金属锂为负极(a极),MnO2为正极(b极),电池工作时,外电路中电流由正极b流向负极a。
b
a
②电池的正极反应式为　　　　　　 　　。
解析:②Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2,则正极反应式为MnO2+e-+Li+ LiMnO2。
MnO2+e-+Li+ LiMnO2
③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂　　　　(填“是”或“否”),原因是　 。
解析:③负极材料锂是活泼的金属,能与水发生反应,不能用水代替电池中的混合有机溶剂。
否
电极锂是活泼金属,能与水反应
(3)燃料电池是一种高效、安全、环保的供电装置,以甲醇作燃料的电池,如下图所示。
①负极反应物是　　　　,H+从　　　　(填“a”或“b”,下同)极移动到　　　　极。
解析:(3)①结合题图装置,可知CH3OH在负极b上发生氧化反应,通入O2的电极a为正极,电池工作时,H+从 b极(负极)向a极(正极)移动。
CH3OH
b
a
②正极反应式为　　　　　　　　　　　。
解析:②电解质溶液呈酸性,正极上O2得电子被还原生成H2O,电极反应式为 O2+4e-+4H+ 2H2O。
O2+4e-+4H+ 2H2O
命题解密与解题指导
情境解读:本题以常见的三种化学电池为背景,考查化学电源的工作原理,有利于促进思考、推理和判断。
素养立意:根据题给信息判断电极,辨析电极方程式书写、电子移动方向等,培养宏观辨识与微观探析素养;从原电池工作原理向化学电源进行迁移,培养证据推理与模型认知素养。
思路点拨:(1)根据信息判断原电池的电极,书写电极方程式。
(2)从闭合回路的形成判断粒子(如电子、离子)的移动方向。
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