[名校联盟]江苏省邳州市第二中学2013年高中化学选修四课件：合理利用化学能源.ppt

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1、主题主题3 合理利用化学能源合理利用化学能源学.科.网zxxkw课题课题1电池探秘电池探秘学.科.网课程标准导航课程标准导航1.通过实验探究，理解电池的工作原理及构通过实验探究，理解电池的工作原理及构成条件。成条件。2通过市场调查等活动，了解生活中常用通过市场调查等活动，了解生活中常用电池的种类、性能，知道根据需要合理选择电池的种类、性能，知道根据需要合理选择电池。电池。3初步学会应用所学知识分析生活中所使初步学会应用所学知识分析生活中所使用的各种电池。用的各种电池。4通过查阅资料，了解新型电池及电池的通过查阅资料，了解新型电池及电池的发展趋势。发展趋势。新知初探自学导引新知初探自学导引自主学

2、习自主学习一、电池是怎样工作的一、电池是怎样工作的1原电池：把原电池：把_的装置，的装置，其实质是发生了其实质是发生了_反应。反应。2实际应用：实际应用：常见的纽扣电池一般为锌常见的纽扣电池一般为锌-氧化汞电池氧化汞电池,以以_为负极为负极,以以_为正极，选用为正极，选用化学能转化为电能化学能转化为电能氧化还原氧化还原锌锌氧化汞氧化汞_为电解质，发生的反应为为电解质，发生的反应为HgOH2OZn=HgZn(OH)2。想一想想一想1将锌片、铜片用导线连接插入乙醇中能形将锌片、铜片用导线连接插入乙醇中能形成原电池吗？为什么？成原电池吗？为什么？提示：提示：不能。因为乙醇是非电解质，不导电不能。因为

3、乙醇是非电解质，不导电,所以不能形成原电池。所以不能形成原电池。氢氧化钾氢氧化钾学.科.网zxxkw二、认识几种电池二、认识几种电池几种电池的比较几种电池的比较电池电池种类种类工作原理工作原理利弊利弊锌锰锌锰干电干电池池锌做锌做_，失电，失电子被氧化，碳棒和子被氧化，碳棒和金属帽相连做金属帽相连做_，电池内部，电池内部的的_得电得电子被还原子被还原使用时使用时_逐渐逐渐消耗，引起电解质消耗，引起电解质渗漏；电压不断渗漏；电压不断_，不能提供，不能提供稳定电压稳定电压负极负极正极正极二氧化锰二氧化锰锌皮锌皮下降下降学.科.网电池电池种类种类工作原理工作原理利弊利弊铅酸铅酸蓄电蓄电池池铅酸蓄电池是

4、铅酸蓄电池是_电池，其电池，其正极材料是正极材料是_，负极，负极材料是材料是_，电解，电解质溶液是质溶液是_可通过检查硫酸的可通过检查硫酸的_确定是否需确定是否需要充电，此类电池要充电，此类电池充放电方便，稳定充放电方便，稳定性强，但寿命较短性强，但寿命较短可充电可充电二氧化铅二氧化铅铅铅稀硫酸稀硫酸浓度浓度电池电池种类种类工作原理工作原理利弊利弊燃料燃料电池电池负极消耗负极消耗_，正极消耗正极消耗_燃料电池在工作时不断地从燃料电池在工作时不断地从外界输入外界输入_，输，输出电极反应产物；出电极反应产物；_直接转化为直接转化为_，寿命，寿命_燃料燃料氧气氧气燃料和氧气燃料和氧气化学能化学能电能

5、电能长长想一想想一想2.是不是所有的电池负极都参与原电池反应？是不是所有的电池负极都参与原电池反应？提示：提示：燃料电池中两电极都不参加反应。通入燃料电池中两电极都不参加反应。通入燃料的电极是负极，燃料失去电子被氧化，发燃料的电极是负极，燃料失去电子被氧化，发生氧化反应；通入氧化剂的电极是正极，氧化生氧化反应；通入氧化剂的电极是正极，氧化剂得到电子被还原，发生还原反应。剂得到电子被还原，发生还原反应。学.科.网学.科.网自主体验自主体验1(2012黑龙江学业水平测试模拟黑龙江学业水平测试模拟)以以Zn、Ag为电极，以稀为电极，以稀H2SO4为电解质溶液，以铜丝为为电解质溶液，以铜丝为导线构成原

6、电池，下列叙述正确的是导线构成原电池，下列叙述正确的是()AZn为正极为正极BAg为负极为负极CZn极发生氧化反应极发生氧化反应 DAg极发生氧化极发生氧化解析：选解析：选C.活泼金属做负极，负极发生氧化反活泼金属做负极，负极发生氧化反应，不活泼金属做正极，正极发生还原反应应，不活泼金属做正极，正极发生还原反应.2在铜在铜-锌锌-稀硫酸构成的原电池中，经过一稀硫酸构成的原电池中，经过一段时间的工作后，下列说法正确的是段时间的工作后，下列说法正确的是()A锌片是正极，铜片上有气泡冒出锌片是正极，铜片上有气泡冒出B电流方向是从锌片流向铜片电流方向是从锌片流向铜片C溶液中稀硫酸的物质的量不断减小溶液

7、中稀硫酸的物质的量不断减小D电解液的电解液的pH保持不变保持不变解析：选解析：选C。在铜。在铜锌锌稀硫酸构成的原电池稀硫酸构成的原电池中，锌片为负极，在铜片上有气泡冒出；电中，锌片为负极，在铜片上有气泡冒出；电流方向是从正极流方向是从正极(铜片铜片)流向负极流向负极(锌片锌片)；由于；由于发生反应：发生反应：ZnH2SO4=ZnSO4H2，所，所以溶液中稀硫酸的物质的量不断减小，电解以溶液中稀硫酸的物质的量不断减小，电解液的液的pH不断增大，故选不断增大，故选C项。项。要点突破讲练互动要点突破讲练互动要点要点1原电池的工作原理和构成条件原电池的工作原理和构成条件要点要点1原电池的工作原理和构成

8、条件原电池的工作原理和构成条件探究导引探究导引1如何判断某种装置是否为原电池如何判断某种装置是否为原电池?提示：提示：原电池的工作原理是要有电子的定向移原电池的工作原理是要有电子的定向移动形成电流，是否为原电池就要看这一装置能动形成电流，是否为原电池就要看这一装置能否满足构成原电池的四个条件。否满足构成原电池的四个条件。探究导引探究导引2电池是如何将化学能转化为电能的电池是如何将化学能转化为电能的?提示：提示：借助一个氧化还原反应，将氧化反应和还借助一个氧化还原反应，将氧化反应和还原反应分别放在原电池的负极和正极上发生，负原反应分别放在原电池的负极和正极上发生，负极上失去的电子沿导线转移到正极

9、，溶液中的阳极上失去的电子沿导线转移到正极，溶液中的阳离子在正极上得电子发生还原反应，因而在外电离子在正极上得电子发生还原反应，因而在外电路上形成电流。路上形成电流。要点归纳要点归纳1工作原理工作原理以锌、铜、硫酸组成的原电池为例说明。锌以锌、铜、硫酸组成的原电池为例说明。锌失电子逐渐溶解变成失电子逐渐溶解变成Zn2进入溶液，电子从进入溶液，电子从锌极经导线流入铜极，溶液中锌极经导线流入铜极，溶液中H在铜极上得在铜极上得到电子形成氢气在铜片上冒出。两极上的电到电子形成氢气在铜片上冒出。两极上的电极反应式为：极反应式为：负极负极(锌极锌极)：Zn2e=Zn2(氧化反应氧化反应)正极正极(铜极铜极

10、)：2H2e=H2(还原反应还原反应)发生自发的氧化还原反应是原电池产生电流发生自发的氧化还原反应是原电池产生电流的实质，通过原电池装置将化学能转化为电的实质，通过原电池装置将化学能转化为电能。能。外电路中电子从负极流向正极，电流从正极外电路中电子从负极流向正极，电流从正极流向负极；内电路中阴离子移向负极，阳离流向负极；内电路中阴离子移向负极，阳离子移向正极。内外电路共同形成闭合电路，子移向正极。内外电路共同形成闭合电路，形成电流。形成电流。特别提醒特别提醒1在内电路中阳离子向正极移动，阴离子向在内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。负极移动。2电子只流经外电路，流向为：负极电子只流经外

11、电路，流向为：负极导线导线正极。正极。3电流方向与电子流向相反。电流方向与电子流向相反。4只有根据能自发进行且放出能量的氧化还只有根据能自发进行且放出能量的氧化还原反应才能设计原电池。原反应才能设计原电池。2构成原电池的条件构成原电池的条件(1)能自发发生氧化还原反应；能自发发生氧化还原反应；(2)活泼性不同活泼性不同的两极材料；的两极材料；(3)有电解质溶液；有电解质溶液；(4)形成闭合形成闭合回路。回路。即时应用即时应用1下列装置能够组成原电池的是下列装置能够组成原电池的是()解析：选解析：选A。构成原电池要有四个基本条件：。构成原电池要有四个基本条件：电解质溶液、两种活泼性不同的电极并插

12、入电电解质溶液、两种活泼性不同的电极并插入电解质溶液中、构成闭合回路、可以自发进行氧解质溶液中、构成闭合回路、可以自发进行氧化还原反应。四个条件相互联系，不能孤立。化还原反应。四个条件相互联系，不能孤立。B项中电极均为项中电极均为Cu，D项中所用乙醇为非电解项中所用乙醇为非电解质，质，C项中所用蔗糖溶液是非电解质溶液，故项中所用蔗糖溶液是非电解质溶液，故B、C、D项都不能构成原电池。项都不能构成原电池。要点要点2原电池正负极判断方法及电极原电池正负极判断方法及电极反应式的书写反应式的书写探究导引探究导引3依据反应依据反应Cu2Fe3=2Fe2Cu2原理，设计一原电池，写出两电极材料的原理，设计

13、一原电池，写出两电极材料的名称、电极反应式，画出简易图。名称、电极反应式，画出简易图。提示：提示：正极正极石墨：石墨：2Fe32e=2Fe2负极负极铜：铜：Cu2e=Cu2装置如图：装置如图：探究导引探究导引4对于氢氧燃料电池，当使用对于氢氧燃料电池，当使用H2SO4做电解质或选用做电解质或选用KOH做电解质时，所做电解质时，所发生的电极反应与总反应一样吗？发生的电极反应与总反应一样吗？提示：提示：(1)选稀选稀H2SO4做电解质溶液时：做电解质溶液时：正极：正极：O24e4H=2H2O；负极：负极：2H24e=4H；电池反应：电池反应：2H2O2=2H2O。(2)选选KOH溶液做电解质溶液时

14、：溶液做电解质溶液时：正极：正极：O22H2O4e=4OH；负极：负极：2H24OH4e=4H2O；电池反应：电池反应：2H2O2=2H2O。故选用不同电解质，电极反应不同而电池总故选用不同电解质，电极反应不同而电池总反应相同。反应相同。要点归纳要点归纳1原电池正负极的判断方法原电池正负极的判断方法(1)由组成原电池两极的电极材料判断。一般由组成原电池两极的电极材料判断。一般是活泼性强的金属为负极，活泼性较弱的金是活泼性强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。属或能导电的非金属为正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。在外根据电流方向或电子流动方向判断。在外电路上，电流是由

15、正极流向负极；电子流动电路上，电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。方向是由负极流向正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的移动方根据原电池里电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断，原电根据原电池两极发生的变化来判断，原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。总是得电子发生还原反应。(5)依据现象判断。溶解的一极为负极，增重依据现象判断。溶解的一

16、极为负极，增重或者有气体放出的一极为正极。或者有气体放出的一极为正极。特别提醒特别提醒在判断原电池正负极时，有时活泼金属不一在判断原电池正负极时，有时活泼金属不一定做负极，如定做负极，如Mg、Al和和NaOH形成的原电池形成的原电池,铝做负极，镁做正极。铝做负极，镁做正极。2原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写原电池反应的实质是自发的氧化还原反应，原电池反应的实质是自发的氧化还原反应，因此书写时：因此书写时：(1)先判断出正负极。正极上发生还原反应，先判断出正负极。正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应，根据氧化还原反应原负极上发生氧化反应，根据氧化还原反应原理进行书写。但要注意介质环

17、境。理进行书写。但要注意介质环境。(2)可以先写出总反应方程式。然后减去某一可以先写出总反应方程式。然后减去某一极的电极反应式就可以得到另一极的电极反极的电极反应式就可以得到另一极的电极反应式。应式。即时应用即时应用2(2010高考课标全国卷高考课标全国卷)根据下图，可判断根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是出下列离子方程式中错误的是()A2Ag(s)Cd2(aq)= 2Ag(aq)Cd(s)BCo2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s)Cd2(aq)D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(aq)解析：选解析：选A。由图中两个电池的电

18、极可以判断。由图中两个电池的电极可以判断出三种金属的活泼性关系为：出三种金属的活泼性关系为：CdCoAg，则，则氧化性关系为：氧化性关系为：Cd2Co2Ag，根据氧化，根据氧化还原反应规律可知还原反应规律可知A项错误。项错误。题型题型1原电池的构成和工作原理原电池的构成和工作原理氢氧燃料电池是符合氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的电池电极表面镀一层细小的铂粉铂粉,铂吸附气体的能力强，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：性质稳定，请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化氢氧燃料电池的能量转化题型

19、探究权威预测题型探究权威预测例例1主要形式是主要形式是_，在导线中电子流动方向，在导线中电子流动方向为为_(用用a、b表示表示)。(2)电极表面镀铂粉的原因为电极表面镀铂粉的原因为_。(3)该电池工作时，该电池工作时，H2和和O2连续由外部供给，连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：储氢材料，吸氢和放氢原理如下：【思路点拨】【思路点拨】解答此题注意以下两点：解答此题注意以下两点：(1)正确理解原电池的工作原理；正确理解原电池的工作原理；

20、(2)正确判断氧化剂和还原剂。正确判断氧化剂和还原剂。【解析解析】(1)原电池的工作原理是将化学能转原电池的工作原理是将化学能转化成电能。由于燃料电池的电池反应式就是它化成电能。由于燃料电池的电池反应式就是它燃烧的化学方程式，所以该燃料电池的电池反燃烧的化学方程式，所以该燃料电池的电池反应式为：应式为：2H2O2=2H2O，其中氢元素从零，其中氢元素从零价升至价升至1价，失去电子，即电子从价，失去电子，即电子从a流向流向b。(2)铂粉的接触面积大铂粉的接触面积大,可以加快化学反应速率可以加快化学反应速率. (3).Li从零价升至从零价升至1价，做还原剂。价，做还原剂。.H2O中的中的H从从1价

21、降至价降至H2中的零价，做氧化剂。中的零价，做氧化剂。【答案答案】(1)由化学能转变为电能由由化学能转变为电能由a到到b(2)增大电极单位面积吸附增大电极单位面积吸附H2或或O2的分子数，加的分子数，加快电极反应速率快电极反应速率(3)LiH2O【名师点睛名师点睛】正确理解并熟记原电池原理是正确理解并熟记原电池原理是解题的基础：解题的基础：(1)电极名称规定：活泼金属是负电极名称规定：活泼金属是负极，相对不活泼的金属或非金属是正极；极，相对不活泼的金属或非金属是正极；(2)在在外电路中，电子由负极流向正极，电流由正极外电路中，电子由负极流向正极，电流由正极流向负极；流向负极；(3)电极反应式中

22、，负极：还原剂电极反应式中，负极：还原剂ne=氧化产物，正极：氧化剂氧化产物，正极：氧化剂ne=还还原产物；正极上得电子发生还原反应的物质原产物；正极上得电子发生还原反应的物质可能是溶液中的阳离子，也可能是电解质溶可能是溶液中的阳离子，也可能是电解质溶液中溶解的液中溶解的O2，而正极本身不损耗。负极上，而正极本身不损耗。负极上失电子的物质可能是电极本身，也可能是其失电子的物质可能是电极本身，也可能是其他物质发生氧化反应。他物质发生氧化反应。题型题型2原电池原理的应用和常见电池原电池原理的应用和常见电池(2011高考福建卷高考福建卷)研究人员研制出一种研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇

23、的储备电源。锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是电池的下列说法不正确的是()A水既是氧化剂又是溶剂水既是氧化剂又是溶剂B放电时正极上有氢气生成放电时正极上有氢气生成C放电时放电时OH向正极移动向正极移动D总反应为：总反应为：2Li2H2O=2LiOHH2例例2【思路点拨思路点拨】解答此题注意以下两点：解答此题注意以下两点：(1)正确理解并熟记原电池原理；正确理解并熟记原电池原理；(2)正确理解电解质溶液导电的实质。正确

24、理解电解质溶液导电的实质。【解析解析】根据题给信息知锂水电池的总反应根据题给信息知锂水电池的总反应为：为：2Li2H2O=2LiOHH2，D正确；正确；在反应中氢元素的化合价降低，因此在反应中氢元素的化合价降低，因此H2O做氧做氧化剂，同时又起到溶剂的作用，化剂，同时又起到溶剂的作用，A正确；放电正确；放电时正极反应为：时正极反应为：2H2O2e=2OHH2, B正确；正极周围聚集大量正确；正极周围聚集大量OH，因此溶液中，因此溶液中的阳离子的阳离子Li向正极移动，负极周围聚集大量向正极移动，负极周围聚集大量Li，因此溶液中的阴离子，因此溶液中的阴离子OH向负极移动，向负极移动，C错误。错误。

25、【答案答案】C课堂达标即时巩固课堂达标即时巩固1下列关于原电池的叙述正确的是下列关于原电池的叙述正确的是()A原电池是化学能转变为电能的装置原电池是化学能转变为电能的装置B构成原电池的正极和负极必须是两种不同的构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属金属C原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动D原电池放电时，电流的方向是从负极到正极原电池放电时，电流的方向是从负极到正极解析：选解析：选A。A为原电池定义；为原电池定义；B错误，电极错误，电极可以为金属，也可以是导电的非金属；可以为金属，也可以是导电的非金属；C中阳中阳离子应向正极移动；离子应向正极移动；D

26、中电流的方向应由正极中电流的方向应由正极到负极。到负极。2.对于锌、铜和稀硫酸组成对于锌、铜和稀硫酸组成的原电池的原电池(如右图如右图)，下列有，下列有关说法正确的是关说法正确的是()Zn是负极是负极Cu是正极是正极负极上发生氧化反应负极上发生氧化反应正极上发生还原反应正极上发生还原反应ABC D解析：选解析：选D。活泼金属做负极，负极发生氧。活泼金属做负极，负极发生氧化反应，不活泼金属做正极，正极发生还原化反应，不活泼金属做正极，正极发生还原反应。反应。3(2012山东泰安第一中学高二质检山东泰安第一中学高二质检)镉镍镉镍(Cd-Ni)可充电电池在现代生活中有广泛应用可充电电池在现代生活中有

27、广泛应用,它的充放电反应按下式进行：它的充放电反应按下式进行：Cd(OH)22Ni(OH)2 Cd2NiO(OH)2H2O，由，由此可知，该电池放电时的负极材料是此可知，该电池放电时的负极材料是()ACd(OH)2 BNi(OH)2CCd DNiO(OH)4氢氧燃料电池总反应为氢氧燃料电池总反应为2H2O2=2H2O,电解质溶液为电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式分别溶液，其电极反应式分别为：为：负极负极_，正极，正极_；若电解质溶液改为稀若电解质溶液改为稀H2SO4，其电极反应式分，其电极反应式分别为：别为：负极负极_，正极，正极_。解析：书写氢氧燃料电池电极反应一定要看清解析：书写氢氧燃

28、料电池电极反应一定要看清楚电解质溶液的酸碱性楚电解质溶液的酸碱性,如电解质溶液为碱性，如电解质溶液为碱性，负极附近不能出现负极附近不能出现H，如电解质溶液为酸性，如电解质溶液为酸性,正极附近不能出现正极附近不能出现OH。答案：答案：H22OH2e=2H2OO22H2O4e=4OHH22e=2HO24H4e=2H2O5现有如下两个反应：现有如下两个反应：(A)NaOHHCl=NaClH2O(B)ZnH2SO4=ZnSO4H2(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池根据两反应本质，判断能否设计成原电池_。(2)如果不能，说明其原因如果不能，说明其原因_。(3)如果可以，则写出正、负极材料及其电极

29、如果可以，则写出正、负极材料及其电极反应式、电解质溶液的名称：反应式、电解质溶液的名称：负极：负极：_，_；正极：正极：_，_。电解质溶液：电解质溶液：_。解析：由于原电池的实质是发生氧化还原反应解析：由于原电池的实质是发生氧化还原反应.所以，只有发生氧化还原反应才能设计成原电所以，只有发生氧化还原反应才能设计成原电池。对于：池。对于：ZnH2SO4=ZnSO4H2，Zn失去电子做原电池的负极，失去电子做原电池的负极，H得到电子在正极得到电子在正极上发生还原反应，正极为活泼性比上发生还原反应，正极为活泼性比Zn弱的导电弱的导电固体材料，如固体材料，如Cu、Ag、石墨等。、石墨等。答案：答案：(1)(A)不能；不能；(B)能能(2)(A)的反应为非氧化还原反应，没有电子转的反应为非氧化还原反应，没有电子转移移(3)锌锌Zn2e=Zn2铜铜(银、石墨等银、石墨等)2H2e=H2稀硫酸稀硫酸