高中第一节 原电池示范课课件ppt

这是一份高中第一节 原电池示范课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了化学电池的分类，重金属，MnO2，Ag2O，氢氧化钾，或稀硫酸，第三步列出表达式，课堂回眸等内容，欢迎下载使用。
一、化学电池化学电池是将_____能变成___能的装置。
2.判断电池优劣的主要标准
3.化学电池回收利用:废旧电池中含_______和酸碱等有害物质,应回收利用,既减少污染,又节约资源。
【巧判断】(1)太阳能电池不属于原电池(　　)提示:√。太阳能电池将太阳能转化为电能。(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(　　)提示:×。手机、电脑中使用的锂电池属于二次电池(充电电池)。
二、一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状,不流动,也叫做干电池。一次电池不能充电,不能反复使用。
碱性锌锰电池与银锌电池比较
Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2
Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH-
三、二次电池(铅蓄电池)1.构造
2.工作原理铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)
3.铅蓄电池的优缺点(1)优点:性能优良、价格低廉、安全可靠,可多次充放电;生产生活中使用广泛。(2)缺点:比能量低,废弃电池污染环境。
【想一想】(1)铅蓄电池工作时 向哪个电极移动?提示:向正极、负极都移动。(2)铅蓄电池工作时,正负极的质量如何变化?提示:正负极质量都增大。(3)铅蓄电池工作时,电解质溶液的密度、pH如何变化?提示:密度逐渐减小,pH逐渐增大。
四、燃料电池1.定义:把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。
2.氢氧燃料电池的结构
3.氢氧燃料电池的工作原理负极:__失电子;正极:__得电子;电解质溶液:__________________。
2H2+4OH--4e-====4H2O
O2+4e-+4H+====2H2O
4.优点(1)能量转化率高。(2)污染___。
【巧判断】(1)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能(　　)提示:×。燃料电池工作时将化学能直接转化为电能。
(2)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(　　)提示:×。燃料电池,放电过程中,H+从负极区向正极区迁移。
【情境思考】二氧化硫是最常见、最简单、有刺激性的硫氧化物,它是大气主要污染物之一。科学家最近发现了一种二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池,该电池将化学能转变成电能的同时,实现了制硫酸、发电、环保三者的结合,降低了成本提高了效益,其原理如图所示。
请写出Pt1、Pt2两个电机的电极反应式。
提示:Pt1电极通入SO2,SO2在负极失电子生成 ,则电极反应为SO2+2H2O-2e-==== +4H+;酸性条件下,氧气得电子生成水,则Pt2电极附近发生的反应为O2+4H++4e-====2H2O。
知识点一　化学电源电极判断与电极反应式书写【重点释疑】1.二次电池充电时的电极连接(1)充电时的连接方法——正正负负,即:
(2)充电电池电极反应式的关系——负极颠倒得阴极,正极颠倒得阳极,即:
2.化学电源中电极反应式的书写方法一、根据装置书写电极反应式①先分析装置图,确定原电池的正负极上的反应物质。
②书写电极反应式负极 —活泼金属或H2失去电子生成阳离子;若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池,负极:Pb+ -2e-====PbSO4
正极 —阳离子得到电子生成单质(或低价离子),或O2得到电子,若是O2发生电极反应,则写法有以下两种情况:a.电解质是碱性或中性:O2+2H2O+4e-====4OH-b.电解质是酸性:O2+4H++4e-====2H2O③正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。
方法二、根据电池总反应式,写电极反应式①析价态,定正负→根据元素化合价的变化情况确定正负极。②列物质→判断电极的反应物、产物。③标得失→分析化合价的升降,找出得失电子数。④看环境,配守恒→配平电荷、配平原子。
方法三、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。④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。
【思考·讨论】(1)充电电池充电时的反应和放电时的反应是否为可逆反应?提示:否,充电时和放电时反应条件不同。
(2)铅蓄电池工作时,当电路中转移0.1 ml电子时,负极增重4.8 g。(　　)提示:√　根据负极反应Pb-2e-+ ====PbSO4,当电路中转移0.1 ml电子时,负极增重为0.05 ml 的质量,即96 g·ml-1×0.05 ml=4.8 g。
【案例示范】【典例】(2020·济南高二检测)我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na-CO2电池。放电时该电池“吸入”CO2,充电时“呼出”CO2。“吸入”CO2时,其工作原理如图所示。吸收的全部CO2中,有2/3转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管(MWCNT)电极表面。下列说法正确的是(　　)
A.“吸入”CO2时,钠箔为负极B.“吸入”CO2时的正极反应:4Na++3CO2-4e-====2Na2CO3+CC.“呼出”CO2时,Na+向多壁碳纳米管电极移动D.每“呼出”22.4 L CO2,转移电子数为0.75 ml
【思维建模】解答有关化学电源电极反应式书写试题的思维流程如下:
【解析】选A。A项,活泼金属钠是负极,正确;B项,“吸入” CO2时是原电池装置,正极发生还原反应,电极反应式为4Na++3CO2+4e-====2Na2CO3+C,错误;C项,“呼出” CO2时,是电解池,电解池中,阳离子向阴极移动,Na+向钠箔电极移动,错误;D项,标准状况下,22.4 L CO2的物质的量为1 ml,根据2Na2CO3+C-4e-====4Na++3CO2,每“呼出”1 ml CO2,转移电子数为 ml,且题中没有给定标准状况下,无法计算,错误。
【母题追问】(1)上题“可呼吸”Na-CO2电池,写出充放电时电池总反应。提示:3CO2+4Na 2Na2CO3+C。
(2)上题“可呼吸”Na-CO2电池,充电时钠箔与外界电源如何连接?提示:与外接电源负极相连。
(3)上题“可呼吸”Na-CO2电池,写出充电时阳极的电极反应式。提示:2 +C-4e-====3CO2。
【迁移·应用】(2020·金华高二检测)碱性电池具有容量大,放电电流大的特点,因而得到广泛的应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O==== Zn(OH)2+2MnOOH,下列说法不正确的是(　　)
A.电池工作时锌为负极B.电池正极的电极反应式为2MnO2+2H2O+2e-====2MnOOH+2OH-C.放电前后电解质溶液的pH保持不变D.外电路中每通过0.2 ml电子,锌的质量理论上减少6.5 g
【解析】选C。A项,电池工作时锌为负极,正确;B项,该原电池中正极上得电子发生还原反应,电极反应式为2MnO2+2H2O +2e-====2MnOOH+2OH-,正确;C项,由电池总反应Zn+2MnO2+ 2H2O====Zn(OH)2+2MnOOH可知,放电前后电解质溶液中c(OH-)增大,pH增大,错误;D项,反应中,Zn发生氧化反应生成Zn(OH)2,Zn的化合价由0价变为+2价,转移2e-,外电路中每通过0.2 ml电子,锌的质量理论上减少6.5 g,正确。
【补偿训练】(2020·中山高二检测)我国研究锂硫电池获得突破,电池的总反应是16Li+S8 8Li2S,充放电曲线如图所示,下列说法不正确的是(　　)
A.充电时,电能转化为化学能B.放电时,锂离子向正极移动C.放电时,1 ml Li2S6转化为Li2S4得到2 ml e-D.充电时,阳极总电极反应式是8S2--16e-====S8
【解析】选C。A.充电时,是电解池,是电能转化为化学能,故A正确;B.放电时,是原电池,在原电池中,阳离子向正极移动,因此锂离子向正极移动,故B正确;C.根据图示,放电时,1 ml Li2S6转化为Li2S4的反应为2Li2S6+2Li====3Li2S4,反应中2 ml Li2S6得到2 ml e-,即1 ml Li2S6得到1 ml e-,故C错误;D.根据16Li+S8 8Li2S,充电时,阳极总电极反应式是8S2--16e-====S8,故D正确。
【素养提升】据人民网报道,浙江某公司生产的钠盐电池于2019年6月份首次走出国门,出口到“一带一路”国家。钠-氯化镍电池是一种高能钠盐电池,其结构如图所示,用β-Al2O3陶瓷管为载体,熔融NaAlCl4为电解质,电池工作时总反应式为2Na+NiCl2 Ni+2NaCl;该电池本身具有过充电和过放电保护机制。
(1)该电池正常放电时,负极的电极反应为___________,正极的电极反应为_______________________。 
(2)该电池过放电时,反应发生在钠与NaAlCl4熔盐电解质之间,则电池总反应为___________________。 (3)该电池正常充电时,阴极的电极反应式为________________,阳极的电极反应为____________。(4)该电池过充电时,反应发生在Ni与NaAlCl4熔盐电解质之间,则电池总反应为___________________。  
【解析】(1)根据充放电总反应,放电时负极反应为Na-e-+Cl-====NaCl,正极反应为NiCl2+2e-====Ni+2Cl-。(2)过放电时电池反应发生在钠与NaAlCl4熔盐电解质之间,则电池总反应为3Na+NaAlCl4====4NaCl+Al。
(3)该电池正常充电时,阴极反应与放电时负极反应互逆,故阴极的电极反应式为NaCl+e-====Na+Cl-,阳极反应与放电时正极反应互逆,故阳极的电极反应式为Ni+2Cl--2e-====NiCl2。(4)过充电时电池反应发生在Ni与NaAlCl4熔盐电解质之间,Ni失去电子,Na+得到电子,则电池总反应为Ni+2NaAlCl4====2Na+2AlCl3+NiCl2。
答案:(1)Na-e-+Cl-====NaCl　NiCl2+2e-====Ni+2Cl-　(2)3Na+NaAlCl4====4NaCl+Al　(3)NaCl+e-====Na+Cl-　Ni+2Cl--2e-====NiCl2　(4)Ni+2NaAlCl4====2Na+2AlCl3+NiCl2
知识点二　形形色色的燃料电池【重点释疑】1.燃料电池的工作原理一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应,氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池,正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。
2.有机燃料电池电极反应式书写方法电池的负极一定是可燃物,有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则,燃料失电子发生氧化反应,电池的正极多为氧气得电子,发生还原反应,特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。
如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。第一步:确定生成物。乙醇燃烧生成CO2和H2O,其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和H2O,故生成物为 和H2O。
第二步:确定价态的变化及转移电子数。乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为-2, 中碳元素的化合价为+4,故1 ml乙醇完全反应失去2×[4-(-2)]=12 (ml)电子。
第四步:确定电极反应式中各物质的化学计量数。由碳原子守恒确定 的化学计量数为2,由电荷守恒确定OH-的化学计量数为16。(注:失去12个电子,相当于带12个单位正电荷)再由氢原子守恒确定H2O的化学计量数为11,故负极反应式为C2H5OH+16OH--12e-====2 +11H2O。
【规律方法】燃料电池的负极反应(1)列变化。负极上燃料转化为燃烧产物。若电解质为碱性溶液,含碳或含硫燃料的燃烧产物还发生与碱溶液的反应。(2)配守恒。用电解质溶液中的离子平衡电荷。阴离子(OH-、O2-、 )在负极反应左侧,阳离子(H+)在负极反应右侧。
3.常见的四种典型燃料电池
【思考·讨论】(1)氢氧燃料电池如果用稀硫酸作电解质溶液,工作一段时间后,电解质溶液的浓度将如何变化?溶液的pH将如何变化?提示:减小　增大。反应过程中电解质不被消耗,但氢气和氧气反应生成水,使溶液变稀,pH增大。
(2)已知氢气可以在氯气中燃烧,根据燃料电池的原理,能否以该反应设计为燃料电池?提示:能。氢气可以在氯气中发生自发的氧化还原反应。
【案例示范】【典例】(2020·青岛高二检测)有一种瓦斯分析仪(图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,通过传感器显示出来,其装置如图乙所示,ab间充有固体电解质Y2O3-Na2O,允许O2-自由移动。下列叙述正确的是(　　)
A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中,O2-由电极a流向电极bB.电池外电路中电子由正极流向负极C.电极a的反应式为CH4+4O2--8e-====CO2+2H2OD.当固体电解质中有1 ml O2-通过时,电子转移4 ml
【思维建模】解答有关燃料电池试题的思维流程如下:
【解析】选C。A项,该原电池中,正极上氧气得电子发生还原反应,所以通入空气的电极b是正极,内电路中阴离子向负极移动,所以O2-由电极b流向电极a,错误;B项,电池外电路中电子从负极沿导线流向正极,错误;C项,a是负极,负极上甲烷失电子和O2-反应生成二氧化碳和水:CH4+4O2--8e-====CO2+2H2O,正确;D项,每个O原子得到2个电子生成O2-,所以当固体电解质中有1 ml O2-通过时,电子转移2 ml,错误。
【母题追问】(1)该瓦斯分析仪工作时,写出多孔电极b的电极反应式。提示:O2+4e-====2O2-(2)该瓦斯分析仪工作时,固体电解质中有0.2 ml O2-通过时,可以监测到的甲烷在标准状况下体积是多少?提示:1.12 L
【规律方法】燃料电池在不同介质中的正极反应
【迁移·应用】1.(2020·金华高二检测)据报道,某公司研制了一种有甲醇和氧气,以及强碱作电解质的手机电池,电量可达到镍氢电池的10倍,有关此电池的叙述错误的是(　　)
A.溶液中的阳离子移向正极B.负极反应式:CH3OH+8OH--6e-==== +6H2OC.电池在使用过程中,电解质溶液的c(OH-)不变D.当外电路通过6 ml电子时,理论上消耗1.5 ml O2
【解析】选C。A项,原电池工作时,溶液中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,正确;B项,燃料电池中,负极是燃料失电子发生氧化反应,反应为CH3OH+8OH--6e-==== +6H2O,正确;C项,电池总反应是2CH3OH+3O2+4OH-====2 +6H2O,电池在使用过程中,电解质溶液中c(OH-)减小,错误;D项,消耗1 ml O2可转移4 ml电子,外电路通过6 ml e-时,消耗1.5 ml O2,正确。
2.(2020·嘉兴高二检测)“重油-氧气-熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.O2在b极得电子,最终被还原为 B.放电过程中,电子由电极a经导线流向电极bC.该电池工作时, 经“交换膜2”移向b极D.H2参与的电极反应为H2-2e-+ ====H2O+CO2
【解析】选C。A项,O2在b极得电子,生成的O2-与CO2反应,最终O2被还原为 ,正确;B项,放电过程中,电子由负极经导线流向正极,即由电极a经导线流向电极b,正确;C项,该电池工作时,因为b极不断生成 ,所以 经“交换膜2”移向左侧,错误;D项,H2在负极失电子生成H+,与 结合生成水和二氧化碳,参与的电极反应为H2-2e-+ ====H2O+CO2,正确。
【补偿训练】1.(2020·邵阳高二检测)下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是(　　)
A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏C.铅蓄电池工作过程中,每转移2 ml电子,负极质量减小207 gD.氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源
【解析】选C。A项,干电池是一次性电池,铅蓄电池是可充电电池属于二次电池,氢氧燃料电池属于燃料电池,正确;B项,在干电池中,Zn作负极,被氧化,正确;C项,铅蓄电池工作过程中,硫酸铅在负极上析出,该极质量应该增加而非减小,错误;D项,氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,正确。
2.(2020·南通高二检测)如图是某甲醇燃料电池的工作示意图。下列说法正确的是(　　)
A.电极b为电池的负极B.电池工作时将电能转化为化学能C.放电时a极处所发生的电极反应为CH3OH-6e-+H2O====CO2↑+6H+D.放电时溶液中H+向a极移动
【解析】选C。A项,通入空气的电极是正极,正极上是得电子的还原反应O2+4H++4e-====2H2O,电极b为电池的正极,错误;B项,电池工作时将化学能转化为电能,错误;C项,通入甲醇的电极是负极,在负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应:CH3OH-6e-+H2O====CO2↑+6H+,正确;D项,该燃料电池工作时,H+移向正极,即从a极室向b极室移动,错误。
【素养提升】生物电池是指将生物质能直接转化为电能的装置(生物质蕴涵的能量绝大部分来自生物电池太阳能,是绿色植物和光合细菌通过光合作用转化而来的)。从原理上来讲,生物质能能够直接转化为电能主要是因为生物体内存在与能量代谢关系密切的氧化还原反应。这些
氧化还原反应彼此影响,互相依存,形成网络,进行生物的能量代谢。糖生物电池是一种酶催化燃料电池,它使用便宜的酶代替贵金属催化剂,利用空气氧化糖类产生电流。
(1)该电池适宜在高温下工作吗?提示:不适宜。因为酶在高温下发生变性,所以该电池不宜在高温下工作。
(2)若该电池为酸性介质,则如何书写正极反应式?提示:O2+4e-+4H+====2H2O。该电池为酸性介质,正极为氧气得电子结合氢离子生成水,反应为O2+4e-+4H+ ====2H2O。
(3)放电过程中,电池内阳离子向哪极迁移?提示:正极。根据放电过程中,电池内阳离子移向正极,阴离子移向负极。
(4)若该电池为碱性介质,以葡萄糖为原料并完全氧化,则如何书写负极反应式?提示:C6H12O6-24e-+36OH-====6 +24H2O。该电池为碱性介质,会生成 和H2O。