1.2.2 化学电源 课件 -2024-2025学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

电极电势 德国化学家能斯特提出了双电层理论：当金属放入溶液中时，一方面金属中处于热运动的金属离子在水分子的作用下，离开金属表面进入溶液。金属性质愈活泼，这种趋势就愈大；另一方面溶液中的金属离子，由于受到金属表面电子的吸引，而在金属表面沉积，溶液中金属离子的浓度愈大，这种趋势也愈大。在一定浓度的溶液中达到平衡后，在金属和溶液两相界面上形成了一个带相反电荷的双电层，双电层的厚度虽然很小(约为10-8厘米数量级), 但却在金属和溶液之间产生了电势差（电极电势）。 电极电势 电 极 电 极 溶 液 溶 液 无法测得单个电极的电势，因为我们得到是两个电极的电势差。 我们常说的电极电势是相对与校准氢电极的相对值！ （-）Zn|Zn2+（1mol/L）||H+（1mol/L）|H2（pΘ）|Pt（＋） E池=0.76V 电极电势越负，失电子能力越强； 电极电势越正，得电子能力越强。 E池=E正-E负 E负=-0.76 （-）Pt|H2（pΘ）|H+（1mol/L）|| Cu2+（1mol/L）|Cu（＋） E池=0.34V （-）Pt|H2（pΘ）|H+（1mol/L）|| Ag+（1mol/L）|Ag（＋） E池=0.80V 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 化学电源的分类 一次电池 (只能放电不能充电，使用后即弃去) 二次电池 (可以反复 充电和放电) 燃料电池 为什么废弃电池要进行回收利用？ 使用后的废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。 思考 锌锰干电池(一次电池) 酸性锌锰干电池 锌筒 石墨棒 MnO2和C NH4Cl、ZnCl2 负极：Zn-2e- =Zn2+ 正极：2MnO2+2NH4+ +2e- = Mn2O3+2NH3 +H2O 锌锰干电池(一次电池) 碱性锌锰干电池 电池反应：Zn+2MnO2+H2O = ZnO +2MnOOH 碱式氧化锰 负极：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－ 锌粉和KOH MnO2和石墨 小试身手 锌银纽扣电池示意图如图所示，请根据电池反应: Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag 写出两个电极的电极反应方程式。 负极：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2 正极：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－ 通常从电极进出物质的化合价升降电子、离子的移向方向 电极材料活泼性等角度分析。 (2) 注意电解质溶液中可参与反应的离子并配平电荷守恒。 (3) 根据原子守恒配平其他系数。 判断下列电池放电时的电解质溶液的酸碱性，并写出电极反应式。 1.镍镉电池:NiO2+Cd+2H2O=Cd(OH)2+Ni(OH)2 负极：______________ 正极：_____________ 2.氢镍电池:H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2 负极：______________ 正极：_____________ 小试身手 Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2 NiO2＋2e－＋2H2O=Ni(OH)2＋2OH－ H2 - 2e- +2OH-= 2H2O NiO(OH)＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－ 铅蓄电池 (二次电池) Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 负极Pb： Pb+ SO42- -2e- = PbSO4 正极PbO2： PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O 负极材料：Pb， 负极反应物：Pb 正极材料： PbO2 ， 正极反应物:PbO2 电解液:30%的H2SO4溶液 (1)放电时的反应 ①负极反应： ②正极反应： ③电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4 === 2PbSO4＋2H2O 放电 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 充电 铅蓄电池 (二次电池) 以铅蓄电池为例，可充电的二次电池中的放电反应 与充电反应是否互为可逆反应，为什么？ 思考 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 不是可逆反应。因为反应条件不同，充电过程要在通电的条件下实现，即电解。 铅蓄电池是典型的可充型电池，电池总反应式为： 请回答下列问题： (1)放电时，电解液中H2SO4的浓度将变____; (2)当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加_____g。 48 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电 充电 小试身手 小 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，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 C 增重96g 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 不可思议的电池——浓差电池 物质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池，工作时，b电极的质量不断增大，下列说法错误的是 （　　） A. 由交换膜右侧向左侧迁移 B. a极为负极,发生氧化反应 C. 交换膜左侧溶液浓度最终会大于交换膜右侧溶液浓度 D. 原电池的总反应不一定是氧化还原反应 形成原电池的本质：电子的转移（电势差）！ 但是电子的转移并不一定对应着一个氧化还原反应， 而一个氧化还原反应一定对应着一个原电池。 C C 16 燃料电池 多孔石墨电极 相当于燃烧反应的电池反应 以惰性电极（石墨）为电极材料 在正负极分别通入氧化剂和燃料 氧化剂：氧气、H2O2 还原剂：燃料（H2/CH4/乙醇/甲醇/葡萄糖等） 正极 负极 离子导体 介质 电池反应： 2H2 +O２ = 2H2O 负极反应 正极反应 以石墨为电极材料 液态电解质 固态熔融电解质 酸性 碱性 中性 碳酸盐（正极同时充入O2和CO2） 传导O2- 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 探究学习 负极：2H2 - 4e- = 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 分析氢氧燃料电池的工作原理，稀硫酸做离子导体， 写出电极反应式。 探究学习 分析氢氧燃料电池的工作原理，质子交换膜做离子导体，写出电极反应式。 负极：2H2 - 4e- = 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 探究学习 负极：2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 分析氢氧燃料电池的工作原理，NaOH溶液做离子导体，写出电极反应式。 分析氢氧燃料电池的工作原理，NaCl溶液做离子导体，写出电极反应式。 正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 负极：2H2 - 4e- = 4H+ 探究学习 分析氢氧燃料电池的工作原理，固体电解质(可传导O2-) 做离子导体，写出电极反应式。 负极：2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O 正极：O2 + 4e- = 2O2－ 探究学习 分析氢氧燃料电池的工作原理，熔融碳酸盐做离子导体， 写出电极反应式。(正极同时充入O2和CO2) 负极：2H2+2CO32- -4e- = 2H2O+ 2CO2 正极：O2 + 4e- + 2CO2= 2CO32－ 除了氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料电池的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。 燃料电池的电极不参与反应，电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料。燃料电池具有能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点，已成为一种发展前景十分广阔的化学电源。 探究学习 1 写对方程式， 标准化合价 2 得失电子看不见 全靠化合价来体现 3 溶液环境定乾坤 CH4+2O2=CO2+2H2O -4 +4 CH4-8e-=CO2 CH4-8e-+10OH-=CO32- 4 元素守恒基本功 搭框架 定得失 配电荷 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 守恒观 CH4 O2 KOH溶液 负极：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 正极：2O2+8e-+4H2O=8OH- 总：CH4+2O2+2OH-=CO32-+2H2O 模型认知 写出下列甲烷燃料电池的电极反应式： (1)酸性条件 正极反应式：_______________________________； 负极反应式：_______________________________。 (2)碱性条件 正极反应式：_______________________________； 负极反应式：_______________________________。 2O2＋8H＋＋8e－=4H2O CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋ 2O2＋4H2O＋8e－=8OH－ CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O 小试身手 写出下列甲烷燃料电池的电极反应式： (3)固体电解质(高温下能传导O2－)燃料电池 负极反应式：_______________________________； 正极反应式：_______________________________。 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境 正极反应式：_______________________________； 负极反应式：_______________________________。 2O2＋8e－=4O2－ CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O 2O2＋4CO2＋8e－=4CO 32- CH4＋4CO32-－8e－=5CO2＋2H2O 小试身手 写出下列甲醇燃料电池的电极反应式： (1)酸性条件 正极反应式：_______________________________； 负极反应式：_______________________________。 (2)碱性条件 正极反应式：_______________________________； 负极反应式：_______________________________。 O2＋4e－＋4H＋=4H2O O2＋4e－＋2H2O=4OH－ 小试身手 CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ CH3OH－6e－＋ 8OH －＝CO32－＋6H2O 氢氧燃料电池是将多孔镍电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入H2和O2，即可产生电流。下列叙述中正确的是 (　 　) A．通入H2的电极为正极 B．正极的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH- C．工作时，负极区溶液pH降低 D．工作时，溶液中的阴离子移向正极 E.工作一段时间后，电解质溶液中KOH的物质的量减小。 BC 负极 负极 不变 巩固提升 PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－ === PbSO4＋2H2O (2)充电时的反应 ①阴极反应： ②阳极反应： ③电池总反应：2PbSO4＋2H2Oeq \o(=====,\s\up14(通电),\s\do5(　))Pb＋PbO2＋2H2SO4 PbSO4＋2e－ === Pb＋SOeq \o\al(2－,4) PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4) Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－ === PbSO4 $$