资源简介

(共71张PPT)
第1章　化学反应与能量转化
第2节　化学能转化为电能——电池
第2课时　化学电源
1.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。2.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决新型电池的开发问题。3.了解化学电源的分类和常见化学电源的构成。
学习目标
一、锌锰干电池——一次电池
知能通关
1.化学电源
(1)定义,将　　　　　　转化为　　　　　 的实用装置。
(2)分类及特点
化学能
电能
原电池
燃料
氧化剂
下列描述中,正确的画“√”,错误的画“×”。
①太阳能电池不属于化学电池(　　)
②铅蓄电池属于二次电池(　　)
③燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能(　　)
小题对点过
√
√
×
2.锌锰干电池
石墨
类型 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池
电极 用　　　　作为正极,　　　　作为负极
结构
示意图
电解质 氯化铵和氯化锌 氢氧化钾
锌
类型 酸性锌锰干电池 碱性锌锰干电池
电极
反应式 正极
负极
电池反应 Zn+2MnO2+2NH4Cl===ZnCl2+
Mn2O3+2NH3+H2O Zn+2MnO2+H2O===ZnO+
2MnOOH
优缺点 制作简单、价格低廉,但较易发生自放电而导致存放时间较短、放电后电压下降较快 单位质量输出的电能多且储存时间长,适用于大电流和连续放电
2MnO2+2H2O+2e-===
2MnOOH+2OH-
Zn-2e-===Zn2+
Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O
1.下列说法正确的是　　　　。
①手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池
②化学电源供能稳定可靠,可以制成各种形状和大小的电池及电池组,使用方便,易于维护
③锌锰干电池根据电解质的性质又可分为酸性电池和碱性电池
④碱性锌锰电池工作过程中,负极区附近碱性增强
②③
2.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提上议事日程,首要原因是(　　)
A.利用电池外壳的金属材料
B.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
C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中石墨电极
解析　汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。
B
3.纽扣电池的电极材料为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH溶液,电池的负极是
　　　　(填电极材料),正极发生的是　　　　(填反应类型)反应,总反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
正极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
Zn
还原
Zn+Ag2O===ZnO+2Ag
Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O
Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-
二、铅蓄电池——二次电池
知能通关
1.二次电池的特点
二次电池的特点是发生氧化还原反应的物质(电极材料、电解质溶液)大部分被消耗后,又可以通过充电而恢复其供电能力。
2.铅蓄电池——最常见的二次电池
(1)电池构造
H2SO4
Pb
PbO2
(2)放电反应原理
①负极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②正极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ;
放电反应和充电反应总反应式表示如下:
(3)充电反应原理:充电过程与其放电过程相反。
(4)优、缺点
优点:性能优良、造价低,可多次充放电,在生产生活中应用广泛。
缺点:单位质量电池释放的电能少、笨重,废弃的电池污染环境。
铅酸蓄电池是一种常见的电池,下列说法正确的是　　　　。
①铅酸蓄电池是二次电池,充电时电能转化为化学能
②放电时,外电路中电子由Pb流向PbO2
③放电时,负极反应为Pb-2e-===Pb2+
④放电时,H+移向PbO2
小题对点过
①②④
1.下列说法错误的是　　　　。
①铅蓄电池放电时,正极与负极质量均增加
②铅蓄电池中的PbO2为负极
③铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 g
②③
(1)高铁电池的负极材料是　　　　,放电时负极的电极反应式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)放电时,正极发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应,正极的电极反应式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
放电时,　　　　(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
Zn
3Zn+6OH--6e-===3Zn(OH)2
还原
正
三、燃料电池
知能通关
1.制作一个简单的燃料电池
(1)实验用品:KOH溶液、稀硫酸、K2SO4溶液、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电流表、电源。
(2)实验方案设计
设计目标 获得氢气和氧气 制作氢氧燃料电池
设计思路及依据 选择实
验用品 KOH溶液(或稀硫酸或K2SO4溶液)、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电源 KOH溶液(或稀硫酸或K2SO4溶液)、石墨棒、长颈漏斗、U形管、橡胶塞、导线、电流表
选择实验用品的目的 构成电解装置,通过电解三种溶液中的任一种获得H2和O2 构成原电池
设计目标 获得氢气和氧气 制作氢氧燃料电池
实验装置
实验现象 两石墨电极上均有气泡产生 电流表指针发生偏转
2.氢氧燃料电池
(1)基本构造
(2)工作原理
酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH)
负极反应
正极反应
总反应
2H2-4e-===4H+
2H2-4e-+4OH-===4H2O
O2+4e-+4H+===2H2O
O2+4e-+2H2O===4OH-
2H2+O2===2H2O
下面为3种燃料电池的工作原理示意图。
小题对点过
(1)A中,电池内部传导的离子是　　　　,负极的电极反应式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)B中,电池内部传导的离子是　　　　,正极的电极反应式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)C中,电池内部传导的离子是　　　　,正极的电极反应式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
O2-
H2-2e-+O2-===H2O
H+
O2+4e-+4H+===2H2O
3.燃料电池的优点
(1)工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应,生成物不断地被排出,能连续不断地提供电能。
(2)能量转换率高,有利于节约能源。
(3)排放的废弃物少,绿色环保。
4.燃料电池电极反应式的书写方法
(1)负极为燃料,失电子,发生氧化反应。
如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法如下:
第一步　确定生成物
O2+4H++4e-===2H2O
O2+2H2O+4e-===4OH-
甲烷燃料电池成本远低于以氢气为燃料的传统燃料电池。
(1)在酸性介质中
负极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
正极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
总反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在碱性(KOH溶液)介质中
负极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
正极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
总反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
小题对点过
CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+
O2+4H++4e-===2H2O
CH4+2O2===CO2+2H2O
O2+2H2O+4e-===4OH-
1.下列说法正确的是　　　　。
①燃料电池中所有的能量均转化为电能
②燃料电池中通入燃料的一极为正极
③氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极,电极反应为O2+4H++4e-===2H2O
④燃料电池电极材料本身不参与化学反应
⑤以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中,H+从正极区向负极区迁移
③④
2.如图为氢氧燃料电池工作原理示意图,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
3.某学习小组以肼(N2H4)为原料设计了一种燃料电池,构造如图所示。
其中两个电极均为铂电极,电池的总反应方程式为
N2H4+O2===N2+2H2O。下列说法错误的是(　　)
A.通入N2H4的一极是电池的负极
B.通入O2的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
C.电池工作一段时间后电解质溶液的pH将变大
D.若消耗16 g N2H4,则理论上转移2 mol电子
C
4.热电厂尾气经处理得到较纯的SO2,可用于原电池法生产硫酸。下列说法不正确的是(　　)
D
课堂 达标训练
1.下列有关电池的说法不正确的是(　　)
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.锌铜原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
解析　锌铜原电池中,电子从负极锌沿外电路流向正极铜。
B
2.碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质,其结构示意图如图所示,电池总反应式为Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH。下列说法中不正确的是(　　)
A.电池工作时,电子移动方向是由Zn经外电路
流向MnO2
B.电池正极反应式为2MnO2+2H2O+2e-===
2MnOOH+2OH-
C.电池工作时,KOH不参与反应,没有发挥作用
D.电池工作时,Zn发生氧化反应,MnO2发生还原反应
C
解析　电池工作时,电子移动方向是由(负极)Zn经外电路流向(正极)MnO2,A正确;石墨做正极,MnO2在正极得电子,被还原为MnOOH,电极反应式为2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-,B正确;由电池总反应可知KOH没有参与反应,但KOH作为电解质起到在电池内部传导电流的作用,C错误;结合分析可知电池工作时,Zn发生氧化反应,MnO2发生还原反应,D正确。
3.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为硫酸溶液,放电时的反应为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。下列说法正确的是(　　)
B
4.一种新型熔融盐燃料电池用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2混合气体,具有高发电效率。下列说法错误的是(　　)
A
5.镁-H2O2酸性电池采用海水作电解质溶液(加入一定量酸)。
(1)该电池负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)电池工作时,正极周围海水的pH　　　　(填“增大”或“减小”)。
(3)溶液中的H+向　　　　(填“负极”或“正极”)移动。
(4)电池总反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Mg-2e-===Mg2+
增大
正极
Mg+H2O2+2H+===Mg2++2H2O
解析　(1)镁-H2O2酸性电池中,镁为活泼金属,应为原电池的负极,负极发生氧化反应,电极反应式为Mg-2e-===Mg2+。(2)原电池工作时,正极发生还原反应,正极的电极反应式为H2O2+2H++2e-===2H2O,由于不断消耗H+,使溶液中c(H+)逐渐减小,pH逐渐增大。(3)H+是阳离子,在原电池中,溶液中的阳离子向正极移动。(4)由于在同一闭合回路中电子转移数目相等,将正极、负极电极反应式相加,就可得到该原电池的总反应:Mg+H2O2+2H+===Mg2++2H2O。
课后 巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列有关电池的说法错误的是(　　)
A.废弃电池中含有重金属和酸碱等有害物质,不能随意丢弃
B.化学电池可以将化学能全部转化成电能
C.日常生活中用的手机电池是二次电池
D.燃料电池无需将燃料贮存在电池内部
B
解析　A.废弃电池中含有重金属和酸碱等有害物质会污染水体和土壤,所以不能随意丢弃,故A正确;B.化学电池是将化学能转换为电能的装置,在转换过程中难免会有能量损失,不能将化学能全部转换为电能,故B错误;C.日常生活中用的手机电池可以反复充电,属于二次电池,故C正确;D.燃料电池不是把还原剂、氧化剂全部贮藏在电池内,而是在工作时,不断从外界输入,同时将电极反应产物不断排出电池,故D正确。
2.根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气作用生成二氧化碳和水的反应,设计一种燃料电池。该燃料电池工作时,负极上发生的反应为(　　)
A.CH3OH+O2-2e-===H2O+CO2+2H+
B.O2+4H++4e-===2H2O
C.CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+
D.4OH--4e-===O2↑+2H2O
解析　甲醇在酸性电解质溶液中与氧气构成的燃料中,甲醇在负极上失去电子发生氧化反应生成二氧化碳,电极反应式为CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+。
C
Fe(OH)2+2Ni(OH)2,下列有关该电池的说法不正确的是(　　)
A.该电池的电解质溶液为碱性溶液,正极为Ni2O3,负极为Fe
B.该电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2
C.该电池放电过程中,正极上消耗OH-
D.该电池放电时,正极反应为Ni2O3+3H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH-
C
解析　该电池放电时,活泼金属Fe失去电子,为负极,Ni2O3为正极,因为放电时电极产物为氢氧化物,可以判断电解质溶液为碱性溶液,A项正确;放电时,负极铁失去电子生成Fe2+,因电解质溶液为碱性溶液,所以负极反应为Fe+2OH--2e-=== Fe(OH)2,B项正确;放电时正极反应为Ni2O3+3H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH-,C项错误,D项正确。
4.用FeS2纳米材料制成的高容量锂电池,电极分别是二硫化亚铁和金属锂,电解液中含锂盐和有机溶剂。下列说法错误的是(　　)
A.金属锂作电池的负极
B.电池正极反应为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S
C.放电时,Li+向负极迁移
D.电池总反应为FeS2+4Li===Fe+2Li2S
解析　金属锂是活泼金属,做电池的负极,A正确;电池正极是二硫化亚铁得到电子,发生还原反应,电极反应为FeS2+4Li++4e-===Fe+2Li2S,B正确;放电时,Li+向正极迁移,C错误;根据以上分析可知电池总反应为FeS2+4Li===Fe+2Li2S,D正确。
C
5.(2024·广东深圳实验学校段考)我国科学家研发出了一种Zn-NO电池系统,该电池具有同时合成氨和对外供电的功能,其工作原理如图所示(双极膜中的H2O可解离成H+和OH-,并向两极迁移),下列说法错误的是(　　)
A.电极电势:Zn/ZnO电极B.Zn/ZnO电极的反应式为Zn-2e-+2OH-
===ZnO+H2O
C.电池工作一段时间后,正极区溶液的
pH减小
D.电子流向:Zn/ZnO电极→负载→MoS2电极
C
6.天然气-空气燃料电池能量转化率高,环保性和安全性好,使用的电解质有:①KOH,②H2SO4,③Na2CO3(熔融),④MO(s,传递O2-)。下列说法错误的是(　　)
D
7.实验室可利用如图所示微生物电池将污水中的CH3NO2转化为无毒无害的物质并产生电能(M、N均为石墨电极)。设NA为阿伏加德罗常数的值，有关该电池工作时的说法,不正确的是(　　)
A.该电池在微生物作用下将化学能
转化为电能
B.负极的电极反应式为2CH3NO2-
6e-===2CO2↑+N2↑+6H+
C.当外电路转移4 mol e-时,有4NA个
质子通过质子交换膜由乙室流向甲室
D.电势N>M
C
解析　该电池是原电池,电池在微生物作用下将化学能转化为电能,A正确;负极上CH3NO2失去电子,发生氧化反应,产生N2、CO2,电极反应式为:2CH3NO2-6e-===2CO2↑+N2↑+6H+,B正确;放电过程中H+由甲室流向乙室,C错误;正极电势高于负极电势,D正确。
8.Ⅰ.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应
(1)放电时负极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)充电时Fe(OH)3发生　　　　　反应。
(3)放电时电子由　　　　　极流向　　　　　极。
(4)放电时1 mol K2FeO4发生反应,转移电子数是　　　　　　　　。
Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2
氧化
负
正
1.806×1024
解析　Ⅰ.放电时锌在负极发生氧化反应,因为电解质是碱,故负极反应是Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,电子由负极流出,通过外电路流向正极,每1 mol K2FeO4发生反应,转移电子是3 mol,数目是1.806×1024,充电时Fe(OH)3失去电子发生氧化反应。
Ⅱ.乙醇(CH3CH2OH)燃料电池的工作原理如图所示。
(5)该电池工作时,c入口处对应的电极为
　　　　(填“正”或“负”)极,b入口处的物质为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)工作一段时间后,当2.3 g乙醇完全反应生成
CO2时,外电路中通过的电子数目为　　　　。
正
乙醇或CH3CH2OH
3.612×1023
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
9.(2024·河南郑州高二期末)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用如图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)
A.正极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-===
2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜
C.当电路中转移1 moL电子时,模拟海水理论上
除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为1∶2
AD
解析　负极反应式:CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+,正极反应式:2H++2e-===H2↑。由分析可知,A项错误;原电池工作时,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,即模拟海水(NaCl溶液)中的Na+通过阳离子交换膜(隔膜2)移向b极,Cl-通过阴离子交换膜(隔膜1)移向a极,B项正确;当电路中转移1 mol电子时,有1 mol Na+、1 mol Cl-分别向正、负极移动,则理论上减少了1 mol NaCl,其质量为58.5 g,C项正确;由正、负极的电极反应式可知,同一时间段内,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1,D项错误。
10.HCOOH燃料电池的装置如图,两电极间用阳离子交换膜隔开。下列说法正确的是(　　)
A
11.按要求完成下列问题。
(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。
①放电过程中,Li+向　　　　(填“负极”或“正
极”)移动。
②负极反应式为　　　　　　　　　　　　 。
③电路中每转移0.2 mol电子,理论上生成
　　　　 g Pb。
正极
Ca-2e-===Ca2+
20.7
解析　(2)①放电过程中,Li+向正极移动;②原电池的钙电极为负极,负极反应式为Ca-2e-===Ca2+;③根据方程式,电路中每转移0.2 mol电子,生成0.1 mol Pb,即20.7 g Pb;
(3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。
①a电极的电极反应式是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反
应原理解释原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
发生反应4NH3+3O2===2N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,所以要补充KOH
解析　(3)①a电极是通入NH3的电极,失去电子,发生氧化反应,所以该电极作负极,电极反应式是2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O;②一段时间后,需向装置中补充KOH,原因是发生反应4NH3+3O2===2N2+6H2O,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,所以要补充KOH。

展开更多......

收起↑