《化學反應與能量變化》化學反應與能量PPT課件(第3課時原電池原理應用化學電源)
第一部分內容：核心素養發展目標
1.知道干電池、充電電池、燃料電池等化學電源的特點。
2.掌握構成電池的要素，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電源的電極反應式。
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化學反應與能量變化PPT，第二部分內容：01設計原電池
知識梳理
1.依據
已知一個氧化還原反應，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都可設計成原電池( )
(2)原電池中負極上發生氧化反應( )
(3)原電池中正極材料一定發生還原反應( )
(4)原電池中正極材料必須與電解質溶液的某種離子反應( )
理解應用
1.理論上講，任何自發的氧化還原反應都可以設計成原電池。選擇適宜的材料和試劑，請利用反應“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”設計一個原電池。
回答下列問題：
(1)用雙線橋分析上述離子反應，標出電子轉移的方向和數目______________；其中氧化反應的半反應可表示為“Fe－2e－===Fe2＋”，則還原反應的半反應為_________________。
(2)若設計成原電池
①負極材料是___，選擇依據是_________________________________________________；
②正極材料可選用__________，選擇依據是______________________________________。
③_________________溶液作電解質。
(3)寫出電極反應式
正極：___________________，負極：_______________。
(4)該原電池中電子從________極流出，電解質溶液中的陽離子(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：___________。
實驗結論：構成原電池的要素有：
①自發的氧化還原反應。
②兩個活潑性___________的電極，___________溶液，形成閉合回路。
③根據電極材料判斷電極：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
實驗結論：在其他條件相同時，不同的電解質溶液，電流效果______。
【實驗3】探究電極間距對電流效果的影響
實驗結論：在其他條件相同時，兩電極間距越小，電流效果_______。
歸納總結
水果電池的電流效果與電極材料、水果的種類有關，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。
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，銅片質量減小
B.鋅電極發生氧化反應
C.電流由鋅通過導線流向銅
D.銅電極是該電池的負極
2.利用離子反應“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”設計原電池，下列設計不合理的是
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“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”設計一個化學電池。
回答下列問題：
(1)負極材料：___；正極材料：__________；電解質溶液：___________。
(2)寫出電極反應式
正極：__________________；
負極：________________。
(3)原電池中電子從______極流出，電解質溶液中陰離子流向____極(填“正”或“負”)。
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化學反應與能量變化PPT，第三部分內容：02化學電源
知識梳理
1.一次電池
(1)特點：電池放電后______充電(內部的氧化還原反應______逆向進行)，如鋅錳干電池屬于一次電池。
(2)鋅錳干電池的構造如圖所示：
①鋅筒為______，電極反應是__________________。
②石墨棒為______，最終被還原的物質是 ____________。
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 ____________，使電池恢復到放電前的狀態。
(2)能量轉化：化學能 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反應物儲存在電池外部，②能量轉換效率高、清潔、安全，③供電量易于調節。
(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變為電能( )
(3)充電電池可以無限制地反復充電、放電( )
(4)氫氧燃料電池比氫氣直接燃燒發電能量利用率高( )
理解應用
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_______________。
(2)正極是：____。
(3)猜測得電子發生還原反應的物質可能是______。
2.鉛酸電池常用作汽車電瓶，其構造如圖所示，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______，電解質溶液是_______。
(2)工作時，電解質溶液中的H＋移向___________極。
(3)工作時，電解質溶液中硫酸的濃度_____(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)當鉛蓄電池向外電路提供2 mol e－時，理論上負極板的質量增加___ g。
跟蹤強化
1.下列有關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.在電池內部陽離子從碳棒向鋅片移動
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化學反應與能量變化PPT，第四部分內容：03拓展延伸 電極反應式的書寫
1.書寫電極反應式的原則
電極反應式遵循質量守恒、得失電子守恒及電荷守恒，遵循離子方程式的書寫規則，兩電極反應式相加得電池總化學(或離子)方程式。
2.書寫電極反應式的基本類型
(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結合電解質判斷出還原產物和氧化產物。
③遵循氧化還原反應離子方程式配平原則，寫出電極反應式。(注意：電極產物能否與電解質溶液共存，如鉛蓄電池的負極鉛失電子變為Pb2＋，但Pb2＋與硫酸溶液中的SO 不共存，因而負極電極反應式為Pb－2e－＋SO ===PbSO4)
④將兩電極反應式相加(注意兩極得失電子數相等)可得電池總反應式。
(2)類型二 題目中給出原電池的總反應式
①分析原電池總反應式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應的還原產物，氧化劑發生的反應即為正極反應；找出還原劑及其對應的氧化產物，還原劑發生的反應即為負極反應。
②當氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物由多種元素組成時，還應考慮電解質是否參與了反應。
③若有一個電極反應式較難寫出，可先寫出較易寫出的電極反應式，然后再用總反應式減去該電極反應式即得到另一電極反應式。
理解應用
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)負極電極反應式___________________________，正極電極反應式____________________。
(2)電子移動的方向是由___經外電路到___。(填“a”或“b”)
(3)電池總反應式為____________________________。
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合材料，b極材料為FePO4和石墨的復合材料)，其電池反應為Li＋FePO4===LiFePO4
(1)a為___極，電極反應式：_____________；b為___極，電極反應式：______________________________。
(2)電池內部Li＋由___側移向___側(填“左”或“右”)。
(3)能否用磷酸溶液作電解質____。(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(當電解質溶液為硫酸時)和堿式[當電解質溶液為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：負極：_________________，
正極：______________________；
電池總反應：________________。
(2)堿式電池的電極反應：負極：________________________，
正極：_______________________；電池總反應：_________________。
方法總結
燃料電池電極反應式的書寫
(1)寫出電池總反應式。燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應則總反應為加合后的反應。甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的總反應為CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)寫出電池的正極反應式。
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發生還原反應，在堿性條件下，正極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性條件下，則正極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)寫出負極反應式：負極反應式＝總反應式－正極反應式。
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