《化學(xué)反應(yīng)與能量變化》化學(xué)反應(yīng)與能量PPT課件(第3課時原電池原理應(yīng)用化學(xué)電源)
第一部分內(nèi)容：核心素養(yǎng)發(fā)展目標
1.知道干電池、充電電池、燃料電池等化學(xué)電源的特點。
2.掌握構(gòu)成電池的要素，了解不同電極材料對電池性能的影響。
3.能正確書寫簡單化學(xué)電源的電極反應(yīng)式。
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化學(xué)反應(yīng)與能量變化PPT，第二部分內(nèi)容：01設(shè)計原電池
知識梳理
1.依據(jù)
已知一個氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。
2.實例
以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑為例
判斷正誤
(1)理論上任何氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計成原電池( )
(2)原電池中負極上發(fā)生氧化反應(yīng)( )
(3)原電池中正極材料一定發(fā)生還原反應(yīng)( )
(4)原電池中正極材料必須與電解質(zhì)溶液的某種離子反應(yīng)( )
理解應(yīng)用
1.理論上講，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。選擇適宜的材料和試劑，請利用反應(yīng)“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”設(shè)計一個原電池。
回答下列問題：
(1)用雙線橋分析上述離子反應(yīng)，標出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目______________；其中氧化反應(yīng)的半反應(yīng)可表示為“Fe－2e－===Fe2＋”，則還原反應(yīng)的半反應(yīng)為_________________。
(2)若設(shè)計成原電池
①負極材料是___，選擇依據(jù)是_________________________________________________；
②正極材料可選用__________，選擇依據(jù)是______________________________________。
③_________________溶液作電解質(zhì)。
(3)寫出電極反應(yīng)式
正極：___________________，負極：_______________。
(4)該原電池中電子從________極流出，電解質(zhì)溶液中的陽離子(Fe3＋)移向_____________極。
2.水果簡易電池的制作
(1)探究制作水果電池對電極材料的要求(按如圖連接)
(已知電流表的指針偏向電子流入的電極)
問題討論：水果的作用是作：___________。
實驗結(jié)論：構(gòu)成原電池的要素有：
①自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。
②兩個活潑性___________的電極，___________溶液，形成閉合回路。
③根據(jù)電極材料判斷電極：較活潑金屬作___________，不活潑的金屬或惰性電極作___________。
(2)探究影響電流效果的因素
【實驗1】探究電極材料對電流效果的影響
實驗結(jié)論：在其他條件相同時，電極材料活潑性差別越大，電流效果越好。
【實驗2】探究不同水果對電流效果的影響
實驗結(jié)論：在其他條件相同時，不同的電解質(zhì)溶液，電流效果______。
【實驗3】探究電極間距對電流效果的影響
實驗結(jié)論：在其他條件相同時，兩電極間距越小，電流效果_______。
歸納總結(jié)
水果電池的電流效果與電極材料、水果的種類有關(guān)，另外還與兩電極間距離以及電極插入水果的深度等因素有關(guān)。
跟蹤強化
1.右圖為番茄制作的水果電池，下列說法正確的是
A.一段時間后，銅片質(zhì)量減小
B.鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)
C.電流由鋅通過導(dǎo)線流向銅
D.銅電極是該電池的負極
2.利用離子反應(yīng)“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”設(shè)計原電池，下列設(shè)計不合理的是
①銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池
②石墨、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池
③鐵片、鋅片、Fe(SO4)3溶液組成的原電池
④銀片、鐵片、Fe(NO3)2溶液組成的原電池
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
3.選擇適宜的材料和試劑，請利用反應(yīng)“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”設(shè)計一個化學(xué)電池。
回答下列問題：
(1)負極材料：___；正極材料：__________；電解質(zhì)溶液：___________。
(2)寫出電極反應(yīng)式
正極：__________________；
負極：________________。
(3)原電池中電子從______極流出，電解質(zhì)溶液中陰離子流向____極(填“正”或“負”)。
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化學(xué)反應(yīng)與能量變化PPT，第三部分內(nèi)容：02化學(xué)電源
知識梳理
1.一次電池
(1)特點：電池放電后______充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)______逆向進行)，如鋅錳干電池屬于一次電池。
(2)鋅錳干電池的構(gòu)造如圖所示：
①鋅筒為______，電極反應(yīng)是__________________。
②石墨棒為______，最終被還原的物質(zhì)是 ____________。
③NH4Cl糊的作用 __________________。
2.二次電池(充電電池)
(1)特點：二次電池在放電時所進行的____________，在充電時可以 ____________，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。
(2)能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能 電能
(3)常見的充電電池：鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池。
3.燃料電池
(1)特點：①反應(yīng)物儲存在電池外部，②能量轉(zhuǎn)換效率高、清潔、安全，③供電量易于調(diào)節(jié)。
(2)燃料電池常用的燃料有：__________、__________、乙醇等。
常用氧化劑：氧氣。
判斷正誤
(1)鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細( )
(2)氫氧燃料電池是將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? )
(3)充電電池可以無限制地反復(fù)充電、放電( )
(4)氫氧燃料電池比氫氣直接燃燒發(fā)電能量利用率高( )
理解應(yīng)用
1.1800年伏打用鋅片與銅片夾以鹽水浸濕的紙片疊成電堆產(chǎn)生了電流，這個裝置后來稱為伏打電池(也叫伏打電堆)，如下圖所示。
觀察示意圖，思考回答下列問題：
(1)負極是：___，電極反應(yīng)_______________。
(2)正極是：____。
(3)猜測得電子發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)可能是______。
2.鉛酸電池常用作汽車電瓶，其構(gòu)造如圖所示，工作時該電池總的方程式為：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
按要求回答下列問題：
(1)負極材料是____，正極材料是______，電解質(zhì)溶液是_______。
(2)工作時，電解質(zhì)溶液中的H＋移向___________極。
(3)工作時，電解質(zhì)溶液中硫酸的濃度_____(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)當鉛蓄電池向外電路提供2 mol e－時，理論上負極板的質(zhì)量增加___ g。
跟蹤強化
1.下列有關(guān)電池的敘述不正確的是
A.水果電池是方便實用的家用電池
B.鉛蓄電池是一種常用的二次電池
C.氫氧燃料電池是一種高效、無污染的發(fā)電裝置
D.鋅錳干電池工作一段時間后，鋅外殼逐漸變薄
2.下列電池工作時，O2在正極得電子的是
3.下列有關(guān)鋅錳干電池的說法中正確的是
A.鋅外殼是負極，石墨碳棒是正極材料
B.在外電路中電子從碳棒流向鋅外殼
C.電流從鋅流到碳棒上
D.在電池內(nèi)部陽離子從碳棒向鋅片移動
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化學(xué)反應(yīng)與能量變化PPT，第四部分內(nèi)容：03拓展延伸 電極反應(yīng)式的書寫
1.書寫電極反應(yīng)式的原則
電極反應(yīng)式遵循質(zhì)量守恒、得失電子守恒及電荷守恒，遵循離子方程式的書寫規(guī)則，兩電極反應(yīng)式相加得電池總化學(xué)(或離子)方程式。
2.書寫電極反應(yīng)式的基本類型
(1)類型一 題目給定原電池的裝置圖，未給總反應(yīng)式
①首先找出原電池的正、負極，即分別找出氧化劑和還原劑。
②結(jié)合電解質(zhì)判斷出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。
③遵循氧化還原反應(yīng)離子方程式配平原則，寫出電極反應(yīng)式。(注意：電極產(chǎn)物能否與電解質(zhì)溶液共存，如鉛蓄電池的負極鉛失電子變?yōu)镻b2＋，但Pb2＋與硫酸溶液中的SO 不共存，因而負極電極反應(yīng)式為Pb－2e－＋SO ===PbSO4)
④將兩電極反應(yīng)式相加(注意兩極得失電子數(shù)相等)可得電池總反應(yīng)式。
(2)類型二 題目中給出原電池的總反應(yīng)式
①分析原電池總反應(yīng)式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應(yīng)的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應(yīng)即為正極反應(yīng)；找出還原劑及其對應(yīng)的氧化產(chǎn)物，還原劑發(fā)生的反應(yīng)即為負極反應(yīng)。
②當氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時，還應(yīng)考慮電解質(zhì)是否參與了反應(yīng)。
③若有一個電極反應(yīng)式較難寫出，可先寫出較易寫出的電極反應(yīng)式，然后再用總反應(yīng)式減去該電極反應(yīng)式即得到另一電極反應(yīng)式。
理解應(yīng)用
1.一種鎂－空氣電池裝置如圖所示，電極材料為金屬鎂和吸附氧氣的活性炭，電解液為KOH濃溶液。
(1)負極電極反應(yīng)式___________________________，正極電極反應(yīng)式____________________。
(2)電子移動的方向是由___經(jīng)外電路到___。(填“a”或“b”)
(3)電池總反應(yīng)式為____________________________。
2.(2019·北海期末)某鋰離子電池的工作原理如圖所示(a極材料為金屬鋰和石墨的復(fù)合材料，b極材料為FePO4和石墨的復(fù)合材料)，其電池反應(yīng)為Li＋FePO4===LiFePO4
(1)a為___極，電極反應(yīng)式：_____________；b為___極，電極反應(yīng)式：______________________________。
(2)電池內(nèi)部Li＋由___側(cè)移向___側(cè)(填“左”或“右”)。
(3)能否用磷酸溶液作電解質(zhì)____。(填“能”或“否”)
3.如圖所示，可形成氫氧燃料電池。通常氫氧燃料電池有酸式(當電解質(zhì)溶液為硫酸時)和堿式[當電解質(zhì)溶液為NaOH(aq)或KOH(aq)時]兩種。試回答下列問題：
(1)酸式電池的電極反應(yīng)：負極：_________________，
正極：______________________；
電池總反應(yīng)：________________。
(2)堿式電池的電極反應(yīng)：負極：________________________，
正極：_______________________；電池總反應(yīng)：_________________。
方法總結(jié)
燃料電池電極反應(yīng)式的書寫
(1)寫出電池總反應(yīng)式。燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的總反應(yīng)為CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)寫出電池的正極反應(yīng)式。
無論負極燃料是H2還是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正極一般都是O2發(fā)生還原反應(yīng)，在堿性條件下，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性條件下，則正極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)寫出負極反應(yīng)式：負極反應(yīng)式＝總反應(yīng)式－正極反應(yīng)式。
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