资源简介

(共32张PPT)
第三单元　化学能与电能的转化
第2课时　化学电源　电解池
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.认识生活中常用的各类电池,能用原电池原理解释各类化学电源的工作原理,体会化学学科的社会价值。
2.能依据原电池原理正确书写简单化学电源的电极反应式,提高模型认知的能力。
3.能说出电解池的能量转化形式以及简单应用。
自主预习·新知导学
一、化学电源
1.分类。
(1)一次电池:不能充电,用过之后不能复原,如锌锰干电池、银锌纽扣电池。
(2)二次电池:可充电,可多次重复使用,如铅蓄电池、镍氢电池。
(3)燃料电池,如氢氧燃料电池。
2.常见的化学电源。
【自主思考1】 铅蓄电池的电池反应式为Pb+PbO2+ 2H2SO4══2PbSO4+2H2O。请写出负极、正极的电极反应式。
【自主思考2】 燃料电池两电极反应有何特点
提示:两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。燃料电池常用的燃料有H2、CH4、C2H4、CH3OH等可燃性物质,在反应中燃料一般表现为失去电子,在电源负极通入。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,在电源正极通入。
二、电解池
1.定义:电解池是将电能转化为化学能的装置。
2.应用。
(3)电冶金制活泼金属(Na、Mg、Al、Ca等)。
阳极(发生氧化反应):2O2--4e-══O2↑,
阴极(发生还原反应):Al3++3e-══Al。
②电解熔融的氯化钠、氯化镁、氯化钙可分别得到钠、镁、钙的单质和氯气。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)锌锰干电池工作一段时间后石墨棒变细。(　　)
(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。(　　)
(3)充电电池可以无限制地反复充电、放电。(　　)
(4)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高。(　 )
(5)电解池是将电能转化为化学能的装置。(　　)
(6)电解池与原电池一样,都需要自发进行的氧化还原反应。(　　)
×
×
×
√
√
×
2.1800年伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流,这个装置后来称为伏打电池(也叫伏打电堆),如下图所示。
观察示意图,思考回答下列问题。
(1)负极是　　　　,
电极反应:　 　　　　　　。
(2)正极是　　　　。
(3)猜测得电子发生还原反应的物质可能是　　　　。
答案:(1)Zn　Zn-2e-══Zn2+ (2)Cu (3)氧气
3.金属钠通过电解熔融的氯化钠制备,其电解反应方程式为　　　　　　　　　　　　　。
4.铅蓄电池是常用的化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解质溶液为稀硫酸,该电池工作时发生的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4══2PbSO4+2H2O。试回答下列问题:
(1)铅蓄电池的负极材料是　　　　, 正极材料是　　　　。
(2)电池工作时, 溶液中 移向　　极。
(3)电池工作时,电解质溶液的c(H+)　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)若有1 mol电子从某电极流出,则参加反应的H2SO4是　 mol,负极的质量变化是　　　(填“增大”或“减小”)　　 g。
答案:(1)Pb　PbO2 (2)负 (3)减小 (4)1　增大　48
解析:(1)铅蓄电池放电时是原电池。根据电池总反应及原电池原理,负极发生氧化反应,Pb为负极;正极发生还原反应,PbO2为正极。(2)原电池工作时,溶液中阴离子移向负极。(3)由电池总反应可知H2SO4参加反应,且生成H2O,所以溶液中c(H+)减小。(4)根据总反应式,若从负极流出1 mol电子,参加反应的H2SO4是1 mol,负极有0.5 mol Pb转化为PbSO4,负极增大的质量即为0.5 mol S的质量,即48 g。
合作探究·释疑解惑
探究任务
探究任务 化学电源电极反应式的书写
问题引领
如图所示,可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为稀硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。
氢氧燃料电池示意图
1.酸式氢氧燃料电池的电极反应和总反应方程式如何书写 电解质溶液中c(H+)如何变化
提示:负极反应为2H2-4e-══4H+,正极反应为O2+4H++4e-══2H2O,总反应为2H2+O2══2H2O,电解质溶液的pH变大。正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,酸性条件下与H+结合成H2O。负极上,H2失电子变为H+,H+进入电解质溶液。电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应,由于有水生成,溶液将逐渐变稀,c(H+)变小。
2.二次氢氧燃料电池的电极反应和总反应方程式如何书写 电解质溶液中c(OH-)如何变化
提示:负极反应为2H2+4OH--4e-══4H2O,正极反应为O2+2H2O+4e-══4OH-,总反应为2H2+O2══2H2O,电解质溶液的pH变小。正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,碱性条件下与H2O结合成OH-。负极上,H2失电子变为H+,碱性条件下H+不能大量存在,与OH-结合成H2O。电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应,由于有水生成,c(OH-)变小。
3.二次电池放电和充电时的反应互为可逆反应吗
提示:不是。因为反应条件不同。
归纳提升
1.书写电极反应式的原则。
电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒,遵循离子方程式的书写规则,两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。
2.充电电池电极反应式的书写方法。
(1)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目,指出参与负极和正极反应的物质。
(2)写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)。
(3)在电子守恒的基础上,总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。
3.燃料电池电极反应式的书写方法。
(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能与电解质反应,则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4+2O2+2NaOH══Na2CO3+3H2O。
(2)写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下4种情况便可。
①酸性电解质溶液环境下的电极反应式:
O2+4H++4e-══2H2O。
②碱性电解质溶液环境下的电极反应式:
O2+2H2O+4e-══4OH-。
③熔融态的氧化物作电解质(高温下能传导O2-):
O2+4e-══2O2-。
④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下:
O2+2CO2+4e-══2 。
(3)根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。
典型例题
【例题】 燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池,如图所示,a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是(　　)。
A.a极是负极,该电极上发生氧化反应
B.b极反应是O2+4OH--4e-══2H2O
C.总反应的化学方程式为2H2+O2══2H2O
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
答案:B
解析:a极通入H2,为负极,电极反应式为2H2+4OH--4e-══ 4H2O,发生氧化反应,A项正确;b极通入O2,为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-══4OH-,B项错误;正、负极电极反应式相加得总反应为2H2+O2══2H2O,C项正确;氢氧燃料电池的能量转化率高,且产物为水,对环境无污染,是具有应用前景的绿色电源,D项正确。
【变式训练】 镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+ 2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的是(　　)。
A.放电时该电池负极上的反应:
NiO(OH)+H2O+e-══Ni(OH)2+OH-
B.放电过程是化学能全部转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液中c(OH-)减小
D.放电时电解质溶液中的OH-向电池正极移动
C
解析:放电时是原电池,Cd的化合价升高,Cd作负极,Ni的化合价降低,NiO(OH)作正极,正极的电极反应式为NiO(OH)+H2O+e-══Ni(OH)2+OH-,A项错误;放电过程是化学能转化为电能的过程,但不可能全部转化,B项错误;放电时负极电极反应式为Cd+2OH--2e-══Cd(OH)2,负极周围OH-的浓度减小,C项正确;放电时OH-向电池负极移动,D项错误。
课 堂 小 结

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