資源簡介

(共23張PPT)
課題：第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量變化
第六章　化學(xué)反應(yīng)與能量
第3課時 化學(xué)電源
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]
1.設(shè)計簡單的原電池
2.知道常見的化學(xué)電源有哪些。
3.了解部分化學(xué)電源的工作原理。
制作水果電池：超級檸檬電池
同學(xué)們在“簡易電池的設(shè)計與制作”的實驗中，對影響自制電池效果的因素進(jìn)行了實驗探究。
[提出問題]　影響自制電池效果的因素有哪些？
[查閱資源]　電極材料，電極間距，水果種類對自制水果電池的效果可能有影響。
[實驗探究]　Ⅰ.按如圖連接水果電池。
科學(xué)探究：
Ⅱ.實驗記錄如下：
序號 電極 電極間距 水果種類 電流表示數(shù)(μA)
① Cu—Al 2.0 cm 西紅柿 78.5
② Cu—Fe 2.0 cm 西紅柿 70.3
③ Al—Al 2.0 cm 西紅柿 0
④ Cu—Al 2.0 cm 檸檬 45.7
⑤ Cu—Al 1.0 cm 檸檬 98.4
⑥ 石墨棒—Al 1.0 cm 檸檬 104.5
[解釋與結(jié)論]
(1)實驗①②③的目的是_____________________________。
對比實驗①②③得出的結(jié)論是___________________________________
______________________。
(2)欲得出“水果種類對電池效果有影響”的
結(jié)論，需要對比實驗_____(填序號)。
對比④⑤得出的結(jié)論是__________________
_____________________________________。
探究電極材料對電池效果的影響
在其他條件相同時，電極材料活潑性差別越大，電池效果越好
①④
在其他條件相同時，
電極間距越小，電流越大，電池效果越好
[反思與探討]
(3)水果電池中，水果的作用是_____________。
(4)對比實驗①②③可知構(gòu)成水果電池的電極必須具備的條件為_________
________，構(gòu)成水果電池的其他要素還有________________________、_____________、_____________。
作電解質(zhì)溶液
兩極金屬
活動性不同
能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)
形成閉合回路　 有電解質(zhì)溶液
生活中的電池
干電池
紐扣電池
常見的化學(xué)電源
1、一次電池——鋅錳干電池
①特點：電池放電后不能充電
②鋅筒為負(fù)極，電極反應(yīng)是Zn - 2e- = Zn2+。
③石墨棒為正極，二氧化錳是氧化劑。
④NH4Cl糊的作用是作電解質(zhì)溶液。
在使用過程中，電子由鋅筒（負(fù)極）流向石墨棒（正極），鋅逐漸消耗，二氧化錳不斷被還原，電池電壓逐漸降低，最后失效。這種電池放電之后不能充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無法逆向進(jìn)行)，屬于一次電池。
2、二次電池(充電電池)
（1）特點：放電時所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以逆向進(jìn)行，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）實例：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等的電能。
（4）應(yīng)用：汽車、手機、筆記本電腦等
放電
充電
①鉛酸蓄電池
總反應(yīng)式：
Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42－ 2PbSO4 + 2H2O
放電
充電
電解液：
電極：
電極方程式
正極（PbO2）：
負(fù)極（Pb）：
H2SO4 溶液
PbO2是正極；Pb是負(fù)極
PbO2+2e－+SO42－+4H+=PbSO4+2H2O
Pb－2e－+SO42－ =PbSO4
優(yōu)點：電壓穩(wěn)定，反復(fù)使用，安全可靠。
缺點：污染環(huán)境
總反應(yīng)式：Li+MnO2=LiMnO2
負(fù)極（Li）： Li － e－ ==Li+
正極（MnO2)：Li++MnO2 ＋ e－ == LiMnO2
優(yōu)點:質(zhì)輕、比能量高、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命。
②鋰電池
電極方程式
鉛酸蓄電池常用作汽車電源，其結(jié)構(gòu)如圖所示。放電時其電池反應(yīng)如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4==2PbSO4＋2H2O
(1)負(fù)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)溶液中的硫酸濃度　　　　（填“增大”“減小”或“不變”）。
（4）當(dāng)鉛酸蓄電池向外電路提供2 mol電子時，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加
　　　　 g。
　96 g
Pb
PbO2
H2SO4
正
減小
小試牛刀1
科學(xué)·技術(shù)·社會
燃料電池是一種將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上。當(dāng)以氫氣為燃料時，產(chǎn)物為水；以甲烷為燃料時，產(chǎn)物為水和二氧化碳。與常規(guī)發(fā)電廠相比，其二氧化碳排放量明顯降低。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是從外部提供，這時電池起著類似試管、燒杯等反應(yīng)器的作用。
燃料電池的供電量易于調(diào)節(jié)，能適應(yīng)用電器負(fù)載的變化，而且不需要很長的充電時間，在航天、軍事和交通等領(lǐng)城有廣闊的應(yīng)用前景。
3.發(fā)展中的燃料電池
北京冬奧會使的用氫燃料汽車
A
Pt
(-)
Pt
(+)
正極室
負(fù)極室
隔膜
電解質(zhì)溶液
燃料
O2
電解質(zhì)溶液：酸溶液或堿溶液
電極：負(fù)極：燃料 （如H2、CH4、乙醇）
正極：氧氣
(1）氫氧燃料電池
H2SO4溶液為電解質(zhì)溶液（酸性）
KOH溶液為電解質(zhì)溶液（堿性）
負(fù)極：
正極：
O2 + 4e－ + 4H+ ＝2H2O
O2 +4e－ +2H2O ＝4OH－
負(fù)極：
正極：
H2 －2e－ ＝2H+
2H2 -4e－ +4OH－ ＝4H2O
總反應(yīng): 2H2+ O2 ＝2H2O
H2SO4溶液為電解質(zhì)溶液（酸性）
負(fù)極：CH4 —8e－+2H2O＝CO2+8H+ 　　
正極：2O2+8e－+8H+＝4H2O 　　
總反應(yīng)式：2O2+CH4＝2H2O+CO2
KOH溶液為電解質(zhì)溶液（堿性）
負(fù)極：CH4+10OH－—8e－＝CO32－+7H2O 　　
正極：2O2+8e－+4H2O＝8OH－　　
總反應(yīng)式：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O 　　
（2）甲烷燃料電池
1.國家電投氫能公司全自主研發(fā)的“氫騰”燃料電池系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于氫能大巴。某種氫燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，下列說法正確的是
A.電池工作時，電解質(zhì)溶液中的H＋向b極
移動
B.a極發(fā)生的電極反應(yīng)為H2＋2e－＋2OH－
===2H2O
C.b極為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)
D.當(dāng)外電路有1 mol電子轉(zhuǎn)移時，b極消耗5.6 L O2
√
小試牛刀2
（1）負(fù)　4Al－12e－＋12OH－＝4Al（OH）3（2）正　3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－
2.以鎂片、鋁片為電極，NaOH溶液為電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，負(fù)極反應(yīng)式
為　　　　 　　 ，正極反應(yīng)式　 　　　 ，
總反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　 。
Al－3e－＋4OH－＝Al(OH)4－
2H2O＋2e－＝2OH－+H2↑
2Al＋6H2O＋2OH－＝Al(OH)4－+3H2↑
（1） 科研人員設(shè)想用如圖所示裝置生產(chǎn)硫酸。
①上述生產(chǎn)硫酸的總反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　，b電極是　　　　　　（填“正”或“負(fù)”）極，b電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　　，a 電極發(fā)生　　　　　　（填“氧化反應(yīng)”或“還原反應(yīng)”）。
②生產(chǎn)過程中H＋ 向　　　　　（填“a”或“b”）電極移動。
（2）將兩個鉑電極插入氫氧化鉀溶液中，向兩極分別通入甲烷和氧氣，可構(gòu)成甲烷燃料電池，已知通入甲烷的一極為負(fù)極，其電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　，該燃料電池總反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　，電池在放電過程中溶液的pH 將　　　　　（填“增大”“減小”或“不變”）。
3.（1） 科研人員設(shè)想用如圖所示裝置生產(chǎn)硫酸。
①生產(chǎn)硫酸的總反應(yīng)式為　　　　　　　　　　，
b電極是　　　（填“正”或“負(fù)”）極，b電極
反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　。
②生產(chǎn)過程中H＋ 向　 （填“a”或“b”）電極移動。
（2）將兩個鉑電極插入氫氧化鉀溶液中，向兩極分別通入甲烷和氧氣，可構(gòu)成甲烷燃料電池，已知通入甲烷的一極為負(fù)極，其電極反應(yīng)式
為　　　　 　 　　　　，該燃料電池正極反應(yīng)式
為　　　　　　 　　　　。
2SO2＋O2＋2H2O＝2H2SO4
正
O2＋4H＋＋4e－＝2H2O　
b
CH4＋10OH－－8e－＝CO32—＋7H2O
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－　
課堂小結(jié)
1.制作并探究水果電池
2.常用化學(xué)電源
（1）干電池：鋅錳干電池
（2）二次電池
（3）燃料電池
鉛酸蓄電池
鋰電池
氫氧燃料電池
甲烷燃料電池
THANKS

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