成才之路年高中化学 第4章第2节 化学反应与能量的变化课件 新人教选修4.ppt

第二节化学电源第二节化学电源2021/8/8 星期日11了解化学了解化学电电源的源的优优点及在各方面的点及在各方面的应应用。用。2认识认识一次一次电电池、二次池、二次电电池和燃料池和燃料电电池。池。3了解了解废废旧旧电电池池对环对环境的危害，境的危害，树树立立环环保意保意识识。4能熟能熟练书练书写充写充电电和放和放电电的的电电极反极反应应式。式。2021/8/8 星期日2一、化学电源一、化学电源1化学电源的分类化学电源的分类化化学学电电池池是是将将_变变成成_的的装装置置，它它包包括括_、_和和_电电池池等等几几大大类类。一一次次电电池池的的活活性性物物质质(发发生生氧氧化化还还原原反反应应的的物物质质)消消耗耗到到一一定定程程度度，就就不不能能使使用用了了。一一次次电电池池中中电电解解质质溶溶液液制制成成胶胶状状，不不流流动动，也也叫叫做做_。二二次次电电池池又又称称_或或_，放放电电后后可可以再充以再充电电使活性物使活性物质获质获得再生。得再生。这类电这类电池可以池可以_使用。使用。2021/8/8 星期日32判断一种电池的优劣判断一种电池的优劣判判断断一一种种电电池池的的优优劣劣或或是是否否适适合合某某种种需需要要，主主要要看看这这种种电电池池_或或_所所能能输输出出电电能能的的多多少少，即即_，或者，或者输输出功率的大小，即出功率的大小，即_，以及，以及电电池的池的_。2021/8/8 星期日4二、一次电池二、一次电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池组组成成：该该电电池池由由负负极极_、正正极极_、电电解解质质_等组成。等组成。其电极反应为：其电极反应为：负极：负极：_正极：正极：_电池总反应：电池总反应：_。特特点点：碱碱性性锌锌锰锰电电池池比比普普通通锌锌锰锰电电池池性性能能好好，它它的的_和和_均有所提高，适用于均有所提高，适用于_和和_。2021/8/8 星期日5三、二次电池三、二次电池铅蓄电池铅蓄电池组组成成：铅铅蓄蓄电电池池由由两两组组栅栅状状极极板板交交替替排排列列而而成成，正正极极板板上上覆覆盖盖有有_，负负极极板板上上覆覆盖盖有有_，电电解解质质溶溶液液是是_溶液。溶液。2021/8/8 星期日6电电池池总总反反应应：PbO2(s)Pb(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)铅铅蓄蓄电电池池的的缺缺点点是是_低低、笨笨重重、废废弃弃电电池池_。2021/8/8 星期日7四、燃料电池四、燃料电池1燃燃料料电电池池是是一一种种连连续续地地将将燃燃料料和和氧氧化化剂剂的的_能能直直接接转转换换成成_的的化化学学电电池池。它它与与一一般般化化学学电电池池不不同同，一一般般化化学学电电池池的的活活性性物物质质储储存存在在电电池池_，故故而而限限制制了了电电池池的的容容量量，而而燃燃料料电电池池的的电电极极本本身身不不包包含含_物物质质，只只是是一一个个_元元件件。它它工工作作时时，_和和_连连续续地地由由外外部部供供给给，在在电电极极上上不不断断地地进进行行反反应应，生生成成物物不不断断地地被排出，于是电池就连续不断地提供电能。被排出，于是电池就连续不断地提供电能。2021/8/8 星期日82.氢氧燃烧电池工作原理氢氧燃烧电池工作原理(1)氢氢氧氧燃燃料料电电池池以以_为为燃燃料料，_为为氧氧化化剂剂，_作作电电极极，使使用用酸酸性性电电解解质质。如如图图所所示示，在在_极极室室通通入入H2，它它在在Pt电电极极上上被被催催化化分分解解为为H原原子子，再再失失去去电电子子成成为为H进进入入电电解解质质溶溶液液，透透过过_，进进入入正正极极室室；在在正正极极室室通通入入_，经经过过Pt电电极极的的_，O2、H在正极上放电生成在正极上放电生成_。电极反应分别为：。电极反应分别为：负极：负极：_，正极：，正极：_。2021/8/8 星期日9(2)若以若以NaOH溶液溶液为电为电解解质质溶液溶液负负极：极：_，正极：，正极：_。(3)若以若以Na2SO4溶液溶液为电为电解解质质溶液溶液负负极：极：_，正极：，正极：_。答案：答案：一一、1.化化学学能能；电电能能；一一次次电电池池；二二次次电电池池；燃燃料料；干干电电池；充池；充电电电电池；蓄池；蓄电电池；多次重复池；多次重复2单单位位质质量量单单位位体体积积比比能能量量比比功功率率可可储储存存时时间间的的长长短短2021/8/8 星期日10二、锌粉二氧化锰二、锌粉二氧化锰KOHZn2OH2eZn(OH)22MnO22H2O2e2MnOOH2OHZn2H2O2MnO2Zn(OH)22MnOOH比能量可储存时间大电流连续放电比能量可储存时间大电流连续放电三、三、PbO2PbH2SO4比能量污染环境比能量污染环境2021/8/8 星期日11四四、1.化化学学电电能能内内部部活活性性催催化化转转化化燃燃料料氧氧化剂化剂2(1)氢气氧气铂负隔膜氢气氧气铂负隔膜O2催化催化H2O2H24e4HO24H4e2H2O(2)2H24e4OH4H2OO24e2H2O4OH(3)2H24e4HO22H2O4e4OH2021/8/8 星期日121回收废旧电池的意义是什么？回收废旧电池的意义是什么？提提示示：废废旧旧电电池池中中含含有有汞汞、镉镉、铬铬、铅铅等等大大量量毒毒性性很很强强的的重重金金属属，随随处处丢丢弃弃会会给给土土壤壤、水水源源等等环环境境造造成成严严重重的的污污染染，并并通通过过食食物物链链给给人人体体健健康康造造成成威威胁胁和和危危害害。另另一一方方面面，如如果果能能回回收收再再利利用用这这些些废废旧旧电电池池，不不仅仅可可以以减减少少对对我我们们生生存存环环境境的破坏，而且也是对资源的节约。的破坏，而且也是对资源的节约。2021/8/8 星期日132二次电源充电、放电时两极发生的反应相同吗？二次电源充电、放电时两极发生的反应相同吗？提提示示：不不相相同同。电电源源放放电电时时，负负极极发发生生氧氧化化反反应应；充充电电时时，作作阴阴极极发发生生还还原原反反应应；放放电电时时，正正极极发发生生还还原原反反应应；充充电时，作阳极发生氧化反应。电时，作阳极发生氧化反应。3化学电源电极反应遵循最基本的规律是什么？化学电源电极反应遵循最基本的规律是什么？提提示示：无无论论什什么么电电池池，电电极极反反应应规规律律都都是是负负极极材材料料失失电电子被氧化，正极材料得电子被还原；两极间得失电子守恒。子被氧化，正极材料得电子被还原；两极间得失电子守恒。2021/8/8 星期日141.定定义义：化学：化学电电源是能源是能够实际应够实际应用的原用的原电电池。池。2化学化学电电池的分池的分类类(1)一次一次电电池又称不可充池又称不可充电电电电池池干干电电池。池。(2)二次二次电电池又称充池又称充电电电电池池蓄蓄电电池。池。(3)燃料燃料电电池池2021/8/8 星期日153电电池池优优劣的判断劣的判断标标准准(1)比比能能量量：指指电电池池单单位位质质量量或或单单位位体体积积所所能能输输出出电电能能的多少的多少符号是符号是(Wh)/kg，(Wh)/L。(2)比比功功率率：指指电电池池单单位位质质量量或或单单位位体体积积所所能能输输出出功功率率的大小的大小(符号是符号是W/kg，W/L)。(3)电电池池储储存存时间时间的的长长短。短。2021/8/8 星期日161.碱性碱性锌锰电锌锰电池池常常见见的化学的化学电电池是池是锌锰电锌锰电池，构造如下池，构造如下图图所示。所示。2021/8/8 星期日17普通普通锌锰锌锰干干电电池的池的电电极反极反应应负负极极(锌铜锌铜)：Zn2eZn2(氧化反氧化反应应)正极正极(石墨石墨)：2NH 2e2NH3H2(还还原反原反应应)总总反反应应式：式：Zn2MnO22NH4Cl2MnO(OH)Zn(NH3)2Cl2碱碱性性锌锌锰锰电电池池的的负负极极是是Zn，正正极极是是MnO2，电电解解质质是是KOH，其，其电电极反极反应为应为：2021/8/8 星期日18负负极：极：Zn2OH2eZn(OH)2(氧化反氧化反应应)正极正极(石墨石墨)：2MnO22H2O2e2MnO(OH)2OH(还还原反原反应应)总总反反应应式：式：Zn2MnO22H2O2MnO(OH)Zn(OH)2特特点点：比比普普通通锌锌锰锰电电池池性性能能好好，能能量量和和储储存存时时间间均均有有提提高，可适用于大高，可适用于大电电流和流和连续连续放放电电。2021/8/8 星期日192纽纽扣式扣式电电池池(银锌电银锌电池池)常常见见的的纽纽扣扣式式电电池池为为银银锌锌电电池池。它它用用不不锈锈钢钢制制成成一一个个由由正正极极壳壳和和负负极极盖盖组组成成的的小小圆圆盒盒，盒盒内内靠靠正正极极壳壳一一端端填填充充由由Ag2O和和少少量量石石墨墨组组成成的的正正极极活活性性材材料料，负负极极盖盖一一端端填填充充锌锌汞汞合合金金作作负负极极活活性性材材料料，电电解解质质溶溶液液为为浓浓KOH，溶溶液液两两边边用用羧羧甲甲基基纤纤维维素素作作隔隔膜膜，锌锌银银电电池池的的负负极极是是Zn，正正极极是是Ag2O，电电解解质质是是KOH，其，其电电极反极反应为应为：2021/8/8 星期日20负负极：极：Zn2OH2eZnOH2O正极：正极：Ag2OH2O2e2Ag2OH总总反反应应方程式：方程式：ZnAg2O2AgZnO在使用在使用过过程中，程中，电电池池负负极区溶液极区溶液pH减小。减小。特特点点：此此种种电电池池能能量量大大，电电压压稳稳定定，储储存存时时间间长长，适适宜宜小小电电流流连续连续放放电电。一一粒粒纽纽扣扣式式电电池池的的电电压压达达1.59伏伏，安安装装在在电电子子表表里里可可使使用两年之久。用两年之久。2021/8/8 星期日213锂电锂电池池锂锂电电池池用用金金属属锂锂作作负负极极，石石墨墨作作正正极极，电电解解质质溶溶液液由由四四氯氯化化铝锂铝锂(LiAlCl4)溶解在溶解在亚亚硫硫酰氯酰氯(SOCl2)中中组组成。成。锂电锂电池的主要反池的主要反应为应为：负负极：极：8Li8e8Li正极：正极：3SOCl28eSO 2S6Cl 总总反反应应式式为为：8Li3SOCl26LiClLi2SO32S特特点点：锂锂电电池池是是一一种种高高能能电电池池，具具有有质质量量轻轻、电电压压稳稳定定、工作效率高和工作效率高和贮贮存寿命存寿命长长的的优优点。点。常用于心常用于心脏脏起搏器和火箭的一种微型起搏器和火箭的一种微型电电池。池。2021/8/8 星期日22案例精析案例精析【例例1】锌锌锰锰干干电电池池(如如右右图图)是是普普遍遍使使用用的的化化学学电电池池，其其中中含含有有MnO2、NH4Cl、ZnCl2等等糊糊状状物物。以以锌锌筒筒为为负负极极材材料料，石石墨墨为为正正极极材材料料。一一节节干干电电池池，电电动动势势E1.5 V，内内电电阻阻r0.25，对对外外供供电电时时效效率率75%。该该干干电电池池的的工工作作原原理理是是：Zn2MnO22NH4+Zn2Mn2O32NH3H2O(1)试写出干电池放电时的正、负电极反应式：试写出干电池放电时的正、负电极反应式：正极：正极：_负极：负极：_(2)干电池用久了就会变软，其原因是干电池用久了就会变软，其原因是_。2021/8/8 星期日23(3)正极反正极反应应中，前后中，前后经历经历下列反下列反应应：2NH 2e2NH3H2；2MnO2H2Mn2O3H2O，如如果果没没有有MnO2参参与与，干干电电池池将将难难于于持持续续稳稳定定工工作作，试试说说明理由：明理由：_。(4)在在供供电电时时间间为为20 min时时，反反应应的的MnO2的的质质量量为为_g，外，外电电阻消耗的阻消耗的电电能是能是_kJ。(5)许许多多国国家家都都规规定定要要对对废废旧旧的的锌锌锰锰干干电电池池进进行行回回收收，从从保保护护环环境境和和节节约约材材料料的的方方面面解解释释为为什什么么要要回回收收这这种种废废旧旧电电池？池？2021/8/8 星期日24解解析析(1)写写出出负负极极反反应应，用用总总反反应应式式减减去去负负极极反反应应即即得得正正极极反反应应式式。(2)锌锌筒筒为为负负极极材材料料，放放电电过过程程中中参参与与反反应应会会不不断断减减少少，同同时时生生成成的的水水不不断断增增多多，造造成成干干电电池池变变软软。(3)正正极极反反应应中中，如如果果没没有有MnO2，只只有有反反应应2NH 2e2NH3H2，能能导导电电的的是是离离子子和和自自由由电电子子，气气体体分分子子是是不不能能导导电电的的，正正极极反反应应的的中中间间产产物物NH3、H2附附着着于于石石墨墨棒棒上上，增增加加了了电电阻阻。(4)由由RI2/I2(Rr)75%、r0.25 得得R0.75，则，则IE/(Rr)1.5V/(0.750.25)1.5A 2021/8/8 星期日25消耗的电量消耗的电量QIt1.5 A2060 s1800 C转转移移的的电电子子：1800 C/(1.610196.021023 mol1)1.869102 mol反反应应的的m(MnO2)1.869102 mol187(gmol1)1.626 g外外电电阻阻消消耗耗的的电电能能：WI2Rt(1.5A)20.75 2060 s2025 J答答案案(1)2NH 2MnO22e2NH3Mn2O3H2OZn2eZn22021/8/8 星期日26(2)电电池池放放电电过过程程中中有有水水产产生生，锌锌筒筒变变薄薄造造成成干干电电池池变变软软(3)正正极极反反应应的的中中间间产产物物NH3、H2附附着着于于石石墨墨，增增加加电电池内阻池内阻(4)1.6262.025(5)废废电电池池中中的的物物质质有有的的会会导导致致地地下下水水和和土土壤壤污污染染，威威胁胁人人类类的的健健康康。另另一一方方面面，废废电电池池中中的的有有色色金金属属是是宝宝贵贵的的自自然然资资源源。将将废废旧旧电电池池回回收收再再利利用用，不不仅仅可可以以减减少少对对生生活活环环境境的破坏，而且也是的破坏，而且也是对资对资源的源的节约节约。2021/8/8 星期日27点点评评理理解解电电池池放放电电时时的的工工作作原原理理，掌掌握握电电极极反反应应式式的的书书写写方方法法；其其有有关关计计算算的的关关键键是是电电子子转转移移守守恒恒，并并注注意意化化学、物理的综合运用。学、物理的综合运用。2021/8/8 星期日28广广泛泛应应用用的的锌锌锰锰碱碱性性电电池池以以氢氢氧氧化化钾钾溶溶液液为为电电解解液液，电电池池 总总 反反 应应 式式 为为：Zn 2MnO2 2H2O 2MnO(OH)Zn(OH)2，下列，下列说说法法错误错误的是的是()A电电池工作池工作时时，锌锌失去失去电电子子B电电池池正正极极的的电电极极反反应应式式为为2MnO22H2O2e2MnO(OH)2OHC电电池工作池工作时时，电电子由正极通子由正极通过过外外电电路流向路流向负负极极D外外电电路路中中每每通通过过0.2 mol 电电子子，锌锌的的质质量量理理论论上上减减少少6.5 g2021/8/8 星期日29解解析析该该电电池池中中Zn为为负负极极失失去去电电子子，该该反反应应中中转转移移2e，通通过过计计算算每每转转移移0.2 mol 电电子子，Zn反反应应6.5 g，电电子子由由负负极通过外导线流向正极，所以极通过外导线流向正极，所以C错。错。答案答案C点点评评原原电电池池工工作作时时，活活泼泼金金属属为为负负极极，失失去去电电子子，电子流动方向：负极电子流动方向：负极导线导线正极。正极。2021/8/8 星期日301.可充可充电电池池充充电电电电池池又又称称二二次次电电池池，它它在在放放电电时时所所进进行行的的氧氧化化还还原原反反应应，在在充充电电时时又又逆逆向向进进行行，使使生生成成物物恢恢复复原原状状，如如此此充充放放电电可循可循环进环进行，至一定周期后行，至一定周期后终终止。止。2021/8/8 星期日312铅铅蓄蓄电电池：如池：如图图所示：所示：2021/8/8 星期日32(1)铅铅蓄蓄电电池放池放电电原理的原理的电电极反极反应应负负极：极：PbSO 2ePbSO4(氧化反氧化反应应)正正极极：PbO24HSO 2ePbSO42H2O(还还原原反反应应)总总反反应应式：式：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O(2)铅铅蓄蓄电电池充池充电电原理的原理的电电极反极反应应阳极：阳极：PbSO42H2O2ePbO24HSO 阴极：阴极：PbSO42ePbSO总总反反应应式：式：2PbSO42H2OPbPbO22H2SO4 2021/8/8 星期日333镍镍镉镉碱性蓄碱性蓄电电池池负负极极(Cd)：Cd2e2OHCd(OH)2(氧化反氧化反应应)正正极极(NiO2)：NiO22H2O2eNi(OH)22OH(还还原反原反应应)总总反反应应式：式：CdNiO22H2OCd(OH)2Ni(OH)22021/8/8 星期日344新一代新一代绿绿色色电电池池锂锂离子离子电电池池特点：高能特点：高能电电池，池，电压电压高，高，质质量量轻轻，贮贮存存时间长时间长等。等。用途：用途：电脑电脑、手表、心、手表、心脏脏起搏器等。起搏器等。说说明明：电电池池中中含含有有汞汞、镉镉、铬铬、铅铅等等大大量量毒毒性性很很强强的的重重金金属属，随随处处丢丢弃弃会会给给土土壤壤、水水源源等等造造成成严严重重的的污污染染，并并通通过过食食物物链链给给人人类类的的身身体体健健康康造造成成威威胁胁和和危危害害，另另一一方方面面，电电池池中中的的有有色色金金属属是是宝宝贵贵的的自自然然资资源源，如如果果能能回回收收再再利利用用，不不仅仅可以减少可以减少对对我我们们生存生存环环境的破坏，而且也是境的破坏，而且也是对资对资源的源的节约节约。2021/8/8 星期日35案例精析案例精析【例例2】蓄蓄电电池池在在放放电电时时起起原原电电池池的的作作用用，在在充充电电时时起起电电解解池池的的作作用用。下下面面是是爱爱迪迪生生蓄蓄电电池池分分别别在在充充电电和和放放电电时时发生的反应：发生的反应：FeNiO22H2O Fe(OH)2Ni(OH)2 下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是()A放电时，放电时，Fe是负极，是负极，NiO2是正极是正极B蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中C充充电电时时，阴阴极极上上的的电电极极反反应应为为：Fe(OH)22eFe2OHD放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动2021/8/8 星期日36解解析析蓄蓄电电池池放放电电时时起起原原电电池池作作用用，原原电电池池的的负负极极是是较较活活泼泼的的金金属属，A正正确确。放放电电时时，Fe是是原原电电池池的的负负极极，Fe失失电电子子被被氧氧化化成成Fe2离离子子。由由于于负负极极Fe的的附附近近聚聚集集较较多多的的Fe2离离子子，电电解解质质溶溶液液中中的的阴阴离离子子向向负负极极移移动动，D不不正正确确。充充电电时时蓄蓄电电池池起起电电解解池池作作用用，充充电电时时电电源源的的负负极极应应与与蓄蓄电电池池的的负负极极(Fe，此此时时作作为为电电解解池池的的阴阴极极)相相连连接接，发发生生还还原原反反应应：Fe(OH)22eFe2OH，C正确。正确。2021/8/8 星期日37该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是：该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是：放电：负极放电：负极Fe2e2OHFe(OH)2正极：正极：NiO22e2H2O(l)Ni(OH)22OH充电：阴极充电：阴极Fe(OH)22eFe2OH阳极：阳极：Ni(OH)22e2OHNiO22H2O(l)可见反应是在碱性溶液中进行的，可见反应是在碱性溶液中进行的，B不正确。不正确。答案答案BD点点评评蓄蓄电电池池在在放放电电时时发发生生原原电电池池反反应应，把把化化学学能能转转变变成成电电能能。在在充充电电时时发发生生电电解解池池反反应应，将将电电能能转转变变为为化化学学能能。反应方程式的左右各物质互为反应物和生成物。反应方程式的左右各物质互为反应物和生成物。2021/8/8 星期日38氢氢镍镍电电池池是是近近年年开开发发出出来来的的可可充充电电电电池池，它它可可以以取取代代会会产产生生镉镉污污染染的的镉镉镍镍电电池池。氢氢镍镍电电池池的的总总反反应应式式为为 H2NiO(OH)Ni(OH)2。根根据据此此反反应应式式判判断断，下下列列叙叙述述中中正正确的是确的是()A电电池放池放电时电时，电电池池负负极周极周围围溶液的溶液的pH不断增大不断增大B电电池放池放电时电时，镍镍元素被氧化元素被氧化C电电池充池充电时电时，氢氢元素被元素被还还原原D电电池放池放电时电时，H2是是负负极极2021/8/8 星期日39解解析析放放电电时时该该装装置置作作为为原原电电池池，氢氢元元素素由由0价价升升高高为为1价价，H2在在负负极极反反应应，H原原子子失失电电子子变变成成H离离子子，负负极极周周围围溶溶液液的的pH不不断断减减小小。镍镍元元素素由由3价价降降低低为为2价价，镍镍元元素素被被还还原原。因因此此A、B不不正正确确，D正正确确。充充电电时时该该装装置置作作为为电电解池，氢元素由解池，氢元素由1价降低为价降低为0价，氢元素被还原，价，氢元素被还原，C正确。正确。答案答案CD点点评评蓄蓄电电池池充充电电时时，电电池池的的负负极极与与电电源源的的负负极极相相连连，电池的正极与电源的正极相连。即正正相接、负负相接。电池的正极与电源的正极相连。即正正相接、负负相接。2021/8/8 星期日40燃燃料料电电池池的的特特点点：能能量量转转化化高高，可可持持续续使使用用，无无噪噪音音，不不污污染染环环境。境。1氢氢氧燃料氧燃料电电池池氢氢氧氧燃燃料料电电池池是是一一种种高高效效低低污污染染的的新新型型电电池池，主主要要用用于于航航天天领领域域。它它的的电电极极材材料料一一般般为为活活性性电电极极，具具有有很很强强的的催催化化活活性性，如如铂铂电电极极、活活性性炭炭电电极极等等。该该电电池池以以氢氢气气为为燃燃料料，氧氧气气为为氧氧化化剂剂，可可用用酸酸性性电电解解质质(如如稀稀H2SO4)，也也可可用用碱碱性性电电解解质质(如如KOH溶液溶液)。氢氢氧燃料氧燃料电电池的构造：池的构造：2021/8/8 星期日41当用碱性当用碱性电电解解质时质时，电电极反极反应为应为：负负极：极：2H24OH4e4H2O(氧化反氧化反应应)正极：正极：O22H2O4e4OH(还还原反原反应应)总总反反应应：2H2O22H2O2021/8/8 星期日422甲甲烷烷燃料燃料电电池池该该电电池池用用金金属属铂铂片片插插入入KOH溶溶液液中中作作电电极极，在在两两极极上上分分别别通甲通甲烷烷和氧气：和氧气：负负极：极：CH410OH8eCO 7H2O正极：正极：2O24H2O8e8OH离子方程式离子方程式为为：CH42O22OHCO 3H2O总总反反应应方程式方程式为为：CH42O22KOHK2CO33H2O2021/8/8 星期日433CH3OH燃料燃料电电池池用用导导线线相相连连的的两两个个铂铂电电极极插插入入KOH溶溶液液中中，然然后后向向两两极分极分别别通入通入CH3OH和和O2，则发则发生了原生了原电电池反池反应应。负负极：极：2CH3OH16OH12e2CO 12H2O正极：正极：3O26H2O12e12OH离子方程式离子方程式为为：2CH3OH3O24OH2CO 6H2O总总反反应应方程式方程式为为：2CH3OH3O24KOH2K2CO36H2O2021/8/8 星期日44案例精析案例精析【例例3】飞飞船船上上使使用用的的氢氢氧氧燃燃料料电电池池的的两两个个电电极极均均由由多多孔孔性性碳碳制制成成。通通入入的的气气体体由由空空隙隙中中逸逸出出，并并在在电电极极表表面面放放电，总反应式为：电，总反应式为：2H2O22H2O(1)以以KOH溶溶液液为为电电解解质质构构成成燃燃料料电电池池，则则负负极极通通入入_，电极反应式为，电极反应式为_，正极通入正极通入_，电极反应式为，电极反应式为_2021/8/8 星期日45(2)如如把把KOH溶溶液液改改为为稀稀H2SO4作作电电解解质质则则电电极极反反应应为为负负极极_，正极，正极_。(3)如如把把KOH溶溶液液改改为为NaCl溶溶液液作作电电解解质质则则电电极极反反应应为为负负极极_，正极，正极_。(4)飞飞船船上上宇宇航航员员的的生生活活用用水水由由燃燃料料电电池池供供给给。已已知知电电池池每每发发1度度电电能能生生成成350 g H2O。请请根根据据反反应应：2H2(g)O2(g)2H2O(l)H572 kJ/mol 计计算能量算能量转转化率。化率。(5)该该电电池池输输出出电电压压为为1.2 V，要要使使标标示示电电压压1.2 V、功功率率1.5 W的的灯灯泡泡连连续续发发光光1 h，应应消消耗耗标标准准状状况况下下的的氢氢气气体体积积为为_L。2021/8/8 星期日46解解析析根根据据原原电电池池的的反反应应原原理理，氢氢氧氧燃燃料料电电池池总总反反应应式式为为2H2O22H2O，因因负负极极氧氧化化，正正极极还还原原，即即H2被被氧氧化化，通通入入H2的的电电极极为为负负极极；O2被被还还原原，即即通通入入O2的的电电极极为为正正极极，在在碱碱性性溶溶液液中中H2失失去去电电子子生生成成的的H要要与与OH反反应应，在在酸酸性性溶溶液液中中O2得得电电子子生生成成的的O2要要与与H反反应应，中中性性溶溶液液中中O2要要与与H2O反反应应。每每生生成成350 gH2O放放出出的的能能量量为为(350 g/18 gmol1)(572 kJmol 1/2)5561.1kJ能能量量转转化化率率(3.6103 kJ/5561.11 kJ)100%64.73%发发光光1 h消消耗耗的的电电能能：1.5 W3600 s 5400 J；生生 成成 m(H2O)(5.4 kJ36 g)(572 kJmol 164.73%)，V(H2)(5.4 kJ36 g22.4 Lmol1)(572 kJmol164.73%18 gmol1)0.654 L。2021/8/8 星期日47答答案案(1)H22H24OH4e4H2OO2O22H2O4e4OH(2)2H24e4HO24H4e2H2O(3)2H24e4HO22H2O4e4OH(4)64.73%(5)0.6542021/8/8 星期日48点点评评原原电电池池两两极极的的判判断断：先先分分析析电电池池反反应应中中有有关关物物质质元元素素化化合合价价的的变变化化，确确定定原原电电池池的的正正极极和和负负极极，然然后后根根据据两两极极所所处处介介质质分分析析其其他他指指定定物物质质的的变变化化。书书写写电电极极反反应应时时，要要将将总总化化学学反反应应与与正正、负负极极反反应应联联系系在在一一起起考考虑虑，它它们们具具有有加加和和性性：化化学学反反应应方方程程式式正正极极反反应应负负极极反反应应。在在原原电电池池反反应应中中，必必须须遵遵循循得得失失电电子子守守恒恒。介介质质参参与与电电极极反反应应的的原原则则：原原电电池池的的两两极极反反应应若若均均在在一一定定介介质质中中进进行行，介介质质常常常常参参与与电电极极反反应应。在在酸酸性性介介质质中中，H参参与与正正极极反反应应；在在中中性性介介质质中中，H2O参参与与正正极极反反应应；在在碱碱性性介介质质中中，OH参参与与负负极极反反应应。第第(4)、(5)题题考考查查内内容容涉涉及及原原电电池池、能能量量转转换换是是化化学学和和物物理理知知识理科综合问题，对能力层次有较高要求。识理科综合问题，对能力层次有较高要求。2021/8/8 星期日49燃燃料料电电池池是是使使气气体体燃燃料料氧氧化化直直接接产产生生电电流流的的装装置置，燃燃料料电电池池的的研研究究是是本本世世纪纪最最具具挑挑战战性性的的课课题题之之一一。最最近近有有人人制制造造了了一一种种燃燃料料电电池池：一一个个电电极极通通入入空空气气，另另一一个个电电极极通通入入丁丁烷烷，电电池池的的电电解解质质是是掺掺杂杂了了Y2O3(三三氧氧化化二二钇钇)的的ZrO2(二二氧氧化化锆锆)晶体，它在高温下能晶体，它在高温下能传导传导O2，试试回答下列回答下列问题问题：(1)该该 电电 池池 放放 电电 时时 的的 化化 学学 反反 应应 方方 程程 式式 为为：_。2021/8/8 星期日50(2)该该燃料燃料电电池的池的电电极反极反应应式式为为：正极：正极：13O252e26O2负负极：极：2C4H1026O252e8CO210H2O则则固固体体电电解解质质中中的的O2向向_极极移移动动。(填填“正正”或或“负负”)(3)某某金金属属的的相相对对原原子子质质量量为为52.00，用用上上述述电电池池电电解解该该金金属属的的一一种种含含氧氧酸酸盐盐的的酸酸性性水水溶溶液液时时，阳阳极极每每放放出出3360 mL(标标准准状状况况)氧氧气气，阴阴极极析析出出金金属属10.4 g，在在该该含含氧氧酸酸盐盐中中金金属属的的化化合合价价为为_，在在该该实实验验中中，若若不不考考虑虑能能量量的的损损失失，电电池池中中消消耗耗丁丁烷烷的的质质量量最最少少是是_g。(结结果果精精确确至至0.01 g)2021/8/8 星期日51解解析析(1)2C4H1013O 8CO210H2O；(2)根根据据电电极极反反应应式式可可知知，氧氧离离子子由由正正极极移移向向负负极极；(3)设设金金属属的的化化合合价为价为x，则根据得失电子守恒关系可得：，则根据得失电子守恒关系可得：4 x，所所以以可可得得x3，故故此此过过程程中中转转移移的的电电子的物质的量为子的物质的量为0.6 mol，所以消耗的丁烷的质量为，所以消耗的丁烷的质量为1.34 g。答案答案(1)2C4H1013O28CO210H2O(2)负负(3)3；1.342021/8/8 星期日521电池电极反应式的书写方法电池电极反应式的书写方法书书写写电电极极反反应应式式前前，我我们们应应首首先先明明确确电电池池的的正正负负极极、电电极极材材料料和和电电解解质质溶溶液液的的性性质质，对对于于二二次次电电池池还还要要注注意意放放电电或或充电的方向。充电的方向。(1)电极的判断电极的判断对对于于普普通通电电池池，我我们们通通常常比比较较两两个个电电极极的的金金属属活活动动性性，通通常常金金属属活活动动性性强强的的电电极极为为电电池池的的负负极极，金金属属活活动动性性弱弱的的电电极或非金属极或非金属(通常为石墨通常为石墨)为电池的正极。为电池的正极。2021/8/8 星期日53对对于于燃燃料料电电池池，两两个个电电极极的的材材料料通通常常相相同同，所所以以从从电电极极材材料料上上很很难难判判断断电电池池的的正正负负极极。判判断断电电池池正正负负极极的的方方法法，通通常常是是利利用用电电池池总总反反应应式式，含含化化合合价价升升高高元元素素的的反反应应物物为为电电池池的的负负极极反反应应物物，此此电电极极为为负负极极；含含化化合合价价降降低低元元素素的的反反应应物物通常通常为电为电池的正极反池的正极反应应物，此物，此电电极极为电为电池的正极。池的正极。(2)电电极反极反应书应书写步写步骤骤例如，例如，铅铅蓄蓄电电池其池其总总反反应应式式为为：PbO2(s)Pb(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)其其电电极极反反应应式式的的书书写写步步骤骤为为：放放电电时时，为为原原电电池池原原理理，总总反反应应式式中中已已指指明明放放电电方方向向从从左左向向右右的的过过程程，即即可可逆逆符符号号左左边为边为反反应应物，右物，右边为边为生成物。生成物。2021/8/8 星期日54由化合价的升降判断由化合价的升降判断负负、正极的反、正极的反应应物物负负极：极：Pb正极：正极：PbO2主主产产物物负负极：极：PbSO4正极：正极：PbSO4由由化化合合价价升升降降确确定定电电子子得得失失的的数数目目负负极极：2e正极：正极：2e电电极极反反应应关关系系式式负负极极：Pb2ePbSO4正正极极：PbO22ePbSO4考考虑虑电电解解质质溶溶液液，再再利利用用电电荷荷守守恒恒、质质量量守守恒恒调调整整反反应应式式负负极：极：Pb2eSO42-PbSO4正极：正极：PbO22e4HSO42-PbSO42H2O2021/8/8 星期日55充充电电时时，是是总总反反应应式式的的逆逆向向过过程程，氧氧化化剂剂、还还原原剂剂都都为为PbSO4分析反分析反应过应过程程阴阴极极(发发生生还还原原反反应应或或与与外外电电源源负负极极相相连连)反反应应过过程程：PbSO4 阳阳极极(发发生生氧氧化化反反应应或或与与外外电电源源正正极极相相连连)反反应应过过程程：PbSO4 充充电时电电时电极反极反应应阴极：阴极：PbSO42ePbSO 阳极：阳极：PbSO42H2O2ePbO24HSO 2021/8/8 星期日562常见的一次电池常见的一次电池常见的一次电池常见的一次电池电电池池负负极反极反应应正极反正极反应应总总反反应应式式普通干普通干电电池池Zn2eZn22NH 2e2NH3H22NH Zn2NH3H2Zn2铝铝空气空气海水海水电电池池4Al12e4Al33O212e6H2O12OH4Al3O26H2O4Al(OH)3心心脏脏起搏器起搏器电电池池2Zn4e2Zn2O24e4H2H2O2ZnO24H2Zn22H2O2021/8/8 星期日57电电池池负负极反极反应应正极反正极反应应总总反反应应式式碱性碱性锌锰电锌锰电池池(Zn|KOH|MnO2)Zn2e2OHZn(OH)22MnO22H2O2e2MnOOH2OHZn2MnO22H2O2MnOOHZn(OH)2银锌电银锌电池池(Zn|KOH|Ag2O)Zn2e2OHZnOH2OAg2OH2O2e2Ag2OHZnAg2OZnO2Ag锂电锂电池池(Li|LiAlCl4，SOCl2|C)8Li8e8Li3SOCl28eSO 2S6Cl8Li3SOCl26LiClLi2SO32S2021/8/8 星期日583.常见的二次电池常见的二次电池常见的二次电池常见的二次电池电电池池负负极反极反应应正极反正极反应应总总反反应应式式铅铅蓄蓄电电池池(Pb|H2SO4|PbO2)Pb2eSO PbSO4PbO22e4HSO PbSO42H2OPbPbO22H2SO4 2PbSO4 2H2O氢镍电氢镍电池池H2|OH|NiOOHH22e2H2O2H2ONiOOHH2OeNi(OH)2OH2NiOOHH2 2Ni(OH)22021/8/8 星期日59电电池池 负负极反极反应应正极反正极反应应总总反反应应式式 镍镉电镍镉电池池 Cd|OH|NiOOHCd2e2OHCd(OH)2NiOOHeH2O Ni(OH)2OHCd2NiOOH2H2O Cd(OH)22Ni(OH)2铁镍电铁镍电池池(Fe|OH|NiO2)Fe2e2OHFe(OH)2NiO22e2H2ONi(OH)22OHFeNiO22H2O Fe(OH)2Ni(OH)22021/8/8 星期日604.常常见见的燃料的燃料电电池池常常见见的燃料的燃料电电池池电电池池负负极反极反应应正极反正极反应应总总反反应应式式氢氢氧燃料氧燃料电电池池(H2|H|O2)H22e2HO24e4H2H2O2H2O22H2O氢氢氧燃料氧燃料电电池池(H2|Na2SO4|O2)H22e2HO24e2H2O4OH2H2O22H2O氢氢氧燃料氧燃料电电池池(H2|OH|O2)H22e2OH2H2OO24e2H2O4OH2H2O22H2O2021/8/8 星期日61电电池池 负负极反极反应应 正极反正极反应应 总总反反应应式式 CH4燃料燃料电电池池 (CH4|O