【課件】原電池++課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第一節(jié)原電池

新人教版選擇性必修一第四章

化學(xué)反應(yīng)與電能

原電池

第1課時(shí)各種化學(xué)電源寫出原電池中的總反應(yīng)方程式和電極反應(yīng)式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移和離子遷移的方向。知識(shí)回顧化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑

電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-Zn2+（氧化反應(yīng)）

正極：2H++2e-H2↑（還原反應(yīng)）

總反應(yīng)方程式：知識(shí)回顧化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置負(fù)極氧化反應(yīng)正極還原反應(yīng)+-e-外電路電子遷移：負(fù)→正內(nèi)電路離子遷移：陽離子：移向正極陰離子：移向負(fù)極角度1電極反應(yīng)角度2粒子遷移原電池原理示意圖反思與總結(jié)任務(wù)一根據(jù)原電池工作原理，預(yù)測(cè)下面裝置能否形成原電池。

如果能，寫出總反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式，標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移方向和離子遷移方向，并預(yù)測(cè)能觀察到的現(xiàn)象。原電池原理的應(yīng)用Zn+

Cu2+Cu

+Zn2+電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

正極：Cu2++2e-Cu總反應(yīng)：e-Zn2+CuZnCuSO4溶液Cu2+任務(wù)一原電池原理的應(yīng)用觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其中哪些與預(yù)測(cè)一致，哪些與預(yù)測(cè)不同？任務(wù)一原電池原理的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銅片、鋅片表面均附著紅色固體，電流表指針偏轉(zhuǎn)，但電流逐漸衰減。相同：銅片表面附著紅色固體，電流表指針偏轉(zhuǎn)。不同：鋅片表面附著紅色固體

電流逐漸衰減觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其中哪些與預(yù)測(cè)一致，哪些與預(yù)測(cè)不同？任務(wù)一原電池原理的應(yīng)用請(qǐng)分析“鋅片表面附著紅色固體，電流逐漸衰減”的原因。思考Zn片觀點(diǎn)2現(xiàn)象原因鋅片表面附著紅色固體Zn片、附著在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原電池，促進(jìn)了Cu在鋅片表面析出。電流逐漸衰減轉(zhuǎn)移的電子沒有經(jīng)過導(dǎo)線，電流逐漸衰減裝置攜帶不方便能量轉(zhuǎn)化不充分……為什么沒有直接利用該裝置作為化學(xué)電源？

思考理想的化學(xué)電源的特點(diǎn)：便于攜帶內(nèi)阻小質(zhì)量小反復(fù)使用單位質(zhì)量或單位體積輸出的能量多價(jià)格便宜體積小連續(xù)工作壽命長如何實(shí)現(xiàn)？……該裝置能量轉(zhuǎn)化率低的原因是什么？如何解決？任務(wù)二原電池裝置的改造解決問題的關(guān)鍵：還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸方案展示兩個(gè)溶液間缺少離子導(dǎo)體，無法形成閉合回路。為什么沒有電流？該如何解決？任務(wù)二原電池裝置的改造鹽橋中通常裝有含KCl飽和溶液的瓊膠，K+和Cl-可在其中自由移動(dòng)。鹽橋一種凝膠態(tài)的離子導(dǎo)體任務(wù)二原電池裝置的改造↑↑Cl-K+觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象雙液電池的工作原理CuSO4溶液ZnCue-Zn2+Cu2+Cl-K+負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

正極：Cu2++2e-Cu鹽橋中的離子遷移進(jìn)入兩側(cè)電解質(zhì)溶液，聯(lián)通了兩側(cè)電解質(zhì)溶液，從而形成閉合回路。ZnSO4溶液e-雙液電池單液電池請(qǐng)繪制前面雙液電池的工作原理示意圖。要求包括以下內(nèi)容：（1）注明原電池的組成；（2）標(biāo)明氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域；（3）標(biāo)明電子的運(yùn)動(dòng)方向和陰離子、陽離子的遷移方向。任務(wù)二原電池裝置的改造+-方案展示負(fù)極氧化反應(yīng)正極還原反應(yīng)電池工作時(shí)，裝置中各物質(zhì)或材料的作用是什么？能否用其他物質(zhì)或材料代替？思考各部分的作用Cu片電極材料Zn片電極反應(yīng)物電極材料CuSO4溶液電極反應(yīng)物離子導(dǎo)體ZnSO4溶液離子導(dǎo)體鹽橋離子導(dǎo)體導(dǎo)線電子導(dǎo)體任務(wù)二原電池裝置的改造原電池的構(gòu)成要素還原劑-氧化反應(yīng)、氧化劑-還原反應(yīng)離子導(dǎo)體電極材料電極反應(yīng)電子導(dǎo)體反思與總結(jié)內(nèi)電路，實(shí)現(xiàn)離子定向遷移進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移的場所外電路，實(shí)現(xiàn)電子定向轉(zhuǎn)移基本要素原電池雙液電池單液電池電極反應(yīng)正極：Cu2++2e-Cu負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

正極：Cu2++2e-Cu負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

電極材料正極：銅片;負(fù)極：鋅片正極：銅片;負(fù)極：鋅片離子導(dǎo)體ZnSO4溶液、鹽橋、CuSO4溶液CuSO4溶液電子導(dǎo)體導(dǎo)線導(dǎo)線雙液原電池解決了電池自損耗的問題。根據(jù)原電池工作原理，將下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池：2Fe3++2I-2Fe2++I2評(píng)價(jià)活動(dòng)要求：（1）分別寫出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。（2）根據(jù)原電池構(gòu)成要素，選擇合適的物質(zhì)或材料，并畫出原電池的工作原理示意圖。（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+（2）（2）（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+同學(xué)甲同學(xué)乙方案展示石墨石墨石墨石墨實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象KI溶液FeCl3溶液含KCl溶液濾紙條滴加淀粉液滴加鐵氰化鉀溶液（2）同學(xué)丙方案展示只允許K+或Cl-通過的隔膜（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+自發(fā)的氧化還原反應(yīng)閉合回路原電池化學(xué)能電能離子導(dǎo)體電極材料電極反應(yīng)反思與總結(jié)原電池工作原理電子導(dǎo)體還原反應(yīng)氧化反應(yīng)理想的化學(xué)電源的特點(diǎn)：便于攜帶內(nèi)阻小質(zhì)量小反復(fù)使用單位質(zhì)量或單位體積輸出的能量多價(jià)格便宜體積小連續(xù)工作壽命長如何實(shí)現(xiàn)？……原電池

第2課時(shí)結(jié)構(gòu)簡單一次電池反復(fù)使用二次電池連續(xù)工作燃料電池新型電池電池的研發(fā)原電池的構(gòu)成要素自發(fā)的氧化還原反應(yīng)閉合回路原電池化學(xué)能電能離子導(dǎo)體電極材料電極反應(yīng)電子導(dǎo)體還原反應(yīng)氧化反應(yīng)知識(shí)回顧一、一次電池一次電池是放電后不可充電的電池。堿性干電池銀鋅電池認(rèn)識(shí)普通鋅錳干電池任務(wù)一構(gòu)造示意圖

普通鋅錳干電池是最早進(jìn)入市場的實(shí)用干電池。因其電解質(zhì)溶液用淀粉糊固定化，稱為干電池。認(rèn)識(shí)普通鋅錳干電池任務(wù)一結(jié)合資料和示意圖分析：

電極反應(yīng)中的還原劑和氧化劑、電極材料、離子導(dǎo)體。資料普通鋅錳干電池放電時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)為：Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)構(gòu)造示意圖0+4+3+2電極反應(yīng)活性物質(zhì)負(fù)極：Zn正極：MnO2電極材料負(fù)極：Zn正極：石墨棒離子導(dǎo)體NH4Cl和ZnCl2混合物構(gòu)造示意圖3.分析普通鋅錳干電池長期占據(jù)市場和現(xiàn)在逐漸被替代的可能原因。認(rèn)識(shí)普通鋅錳干電池任務(wù)一Zn石墨棒NH4ClMnO2NH4ClZnCl2A單液電池優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：會(huì)發(fā)生自放電。Zn石墨棒NH4ClMnO2NH4ClZnCl2A單液電池放置不同時(shí)間后的普通鋅錳干電池堿性鋅錳干電池

容量高，能大電流連續(xù)放電。還具有優(yōu)良的低溫性能、儲(chǔ)存性能和防漏性能。堿性鋅錳干電池結(jié)構(gòu)金屬外殼離子型導(dǎo)電隔膜Zn粉和KOH混合物銅針MnO2和KOH混合物

已知該電池總反應(yīng)為：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2資料根據(jù)示意圖和資料：1.分析各部分的作用，

畫出工作原理示意圖；2.寫出電極反應(yīng)式。認(rèn)識(shí)堿性鋅錳干電池任務(wù)二金屬外殼離子型導(dǎo)電隔膜Zn粉和KOH混合物銅針0+4+3+2MnO2和KOH混合物觀點(diǎn)展示金屬外殼離子型導(dǎo)電隔膜Zn粉和KOH混合物銅針電極反應(yīng)還原劑：Zn粉氧化劑

：MnO2電極材料負(fù)極：銅針正極：金屬外殼離子導(dǎo)體KOH、離子型導(dǎo)電隔膜MnO2和KOH混合物＋－正極金屬外殼離子型導(dǎo)電隔膜Zn粉KOH混合物負(fù)極銅針MnO2KOH混合物e-+-負(fù)極：Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2正極：2MnO2+2e-+2H2O2MnO(OH)+2OH-

正極金屬外殼離子型導(dǎo)電隔膜Zn粉KOH混合物負(fù)極銅針MnO2KOH混合物e-+-總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)20+4+3+2資料

①堿性干電池增大了正負(fù)極間的相對(duì)面積，用高導(dǎo)電性的氫氧化鉀溶液替代了氯化銨、氯化鋅溶液，鋅也變成粉末狀，同時(shí)采用了反應(yīng)活性更高的電解二氧化錳粉；

②電流是單位時(shí)間內(nèi)通過橫截面的電量。

4.閱讀資料，找出能使堿性鋅錳干電池產(chǎn)生大電流和高電壓的設(shè)計(jì)。認(rèn)識(shí)堿性鋅錳干電池任務(wù)二電極活性物質(zhì)Zn粉、高活性電解MnO2電極材料增大相對(duì)面積離子導(dǎo)體高導(dǎo)電性的KOH溶液加快反應(yīng)速率減小電池內(nèi)阻大電流高電壓改進(jìn)方式改進(jìn)目的改進(jìn)效果化學(xué)電源——原電池原理+工藝控制堿性鋅錳干電池普通鋅錳干電池二、二次電池二次電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池。認(rèn)識(shí)鉛蓄電池任務(wù)三鉛酸蓄電池的構(gòu)造示意圖鉛蓄電池優(yōu)點(diǎn)電壓穩(wěn)定使用方便安全可靠價(jià)格低廉稀硫酸Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O資料鉛蓄電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：PbSO4難溶于水，充電過程與上述過程相反。1.根據(jù)鉛蓄電池放電過程的總反應(yīng)寫出電極反應(yīng)式。認(rèn)識(shí)鉛蓄電池任務(wù)三0+4+2正極：PbO2+4H+++2e-

PbSO4+2H2O負(fù)極：Pb+-2e-

PbSO4

SO4

2-

SO4

2-

認(rèn)識(shí)鉛蓄電池任務(wù)三Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O0+4+2總反應(yīng)：

2.鉛蓄電池的電極反應(yīng)物(Pb、PbO2)和放電后的產(chǎn)物(PbSO4)均以固體形式附著在電極材料表面，分析這樣設(shè)計(jì)的目的。認(rèn)識(shí)鉛蓄電池任務(wù)三目的：使電極反應(yīng)物和產(chǎn)物富集在電極材料表面，充、放電時(shí)可以循環(huán)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電池重復(fù)使用。PbPbSO4PbO2PbSO4放電充電負(fù)極正極放電充電

1.利用下面反應(yīng)，設(shè)計(jì)能夠連續(xù)提供電能的原電池。2H2+O22H2O實(shí)驗(yàn)用品：H2、O2、稀硫酸、石墨棒、試管、U形管、導(dǎo)管、導(dǎo)線、電流表等。繪制實(shí)驗(yàn)裝置圖，并思考：①電池中的電極反應(yīng)是什么；②裝置是如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作的。設(shè)計(jì)連續(xù)工作的電池任務(wù)四e-H2O2H2SO4溶液石墨棒負(fù)極：2H2

-4e-4H+

正極：O2

+4H+

+4e-2H2O

由于燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排出，因此可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電。石墨棒設(shè)計(jì)連續(xù)工作的電池任務(wù)三H2O2H2SO2溶液2.如何使氣體反應(yīng)物快速、充分的反應(yīng)？設(shè)計(jì)連續(xù)工作的電池任務(wù)三增大接觸面積使用催化劑負(fù)極：2H2

-4e-4H+

正極：O2

+4H+

+4e-2H2O

氫氧燃料電池工作原理示意圖稀硫酸資料氫氧燃料電池汽車能連續(xù)不斷地提供電能三、燃料電池燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。能量轉(zhuǎn)化率超80%綠色發(fā)電裝置②電池內(nèi)部的電極材料和離子導(dǎo)體在工作過程中不發(fā)生改變，使燃料電池可以持續(xù)工作。燃料電池的特點(diǎn)①燃料和氧化劑連續(xù)的由外部供給，生成物不斷地被排出，可以連續(xù)不斷地提供電能。電池類型原理工藝及目的一次電池原電池原理加入隔膜分隔氧化劑與還原劑，減少電池自損耗。二次電池原電池及電解池原理將相關(guān)活性物質(zhì)富集在電極材料表面，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化。燃料電池原電池原理燃料和氧化劑連續(xù)由外部提供，保持電極材料和離子導(dǎo)體穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)工作。重視廢舊電池的回收利用，減少環(huán)境污染，節(jié)約資源。普通干電池二次電池……堿性干電池有巨大研究潛力的電池用廢紙發(fā)電的生物電池理論上計(jì)算一張A4紙可產(chǎn)生的電力大約相當(dāng)于6節(jié)5號(hào)電池的電量！新型柔性電池：有巨大研究潛力的電池原電池

第3課時(shí)鹽水小汽車資料小汽車電源結(jié)構(gòu)鹽水小汽車電池工作原理分析1.如何形成了原電池？請(qǐng)畫出原電池工作示意圖進(jìn)行說明。任務(wù)一e-+-負(fù)極ZnNaCl溶液觀點(diǎn)展示Zn片還原劑電極材料石墨片電極材料浸NaCl溶液的濾紙片離子導(dǎo)體正極石墨負(fù)極：2Zn-4e-2Zn2+

正極：O2+4e-+2H2O4OH-

e-+-負(fù)極ZnNaCl溶液總反應(yīng)：2Zn+O2+2H2O2Zn(OH)2

觀點(diǎn)展示Zn片還原劑電極材料石墨片電極材料浸NaCl溶液的濾紙片離子導(dǎo)體正極石墨Zn還沒有完全消耗，小汽車就跑不動(dòng)了。

使用前的鋅片與濾紙接觸的一面表面有Zn(OH)2覆蓋2.表面的Zn(OH)2是如何產(chǎn)生的？鹽水小汽車電池工作原理分析任務(wù)一Zn2++2OH-Zn(OH)2正極生成的OH-向負(fù)極遷移與負(fù)極生成的Zn2+反應(yīng)Zn2+O2OH-溶液電極反應(yīng)粒子遷移分析原電池問題的兩個(gè)重要角度：Zn2+O2OH-溶液3.請(qǐng)給生產(chǎn)商一個(gè)改造電池的建議，以能夠延長鹽水小汽車行駛的時(shí)間。鹽水小汽車電池工作原理分析任務(wù)一方案展示特殊性質(zhì)的膜材料限制OH-通過的離子導(dǎo)電性隔膜負(fù)極正極石墨ZnNaCl溶液方案展示新能源汽車各種新能源汽車電池電池類型鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池比能量/(W·h·kg－1)5560～70120循環(huán)壽命/次500以上1000以上1000以上優(yōu)點(diǎn)比能量較高、壽命長、耐過充放性好比能量高、壽命長比能量高、壽命長缺點(diǎn)鎘有毒、有記憶效應(yīng)、價(jià)格較高價(jià)格高、高溫充電性差價(jià)高、存在一定安全性問題比能量（比功率）：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出

電能的多少（或功率的大?。?019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主吉野彰約翰·古迪納夫斯坦利·惠廷厄姆鋰離子電池的發(fā)展鋰金屬電池鋰離子電池作為心臟起搏器的電池應(yīng)該具備什么樣的特點(diǎn)?；仡欎囯姵氐陌l(fā)展任務(wù)二1960年，瑞典醫(yī)生奧克·森寧為一位病人植入了心臟起搏器，并將電池埋在皮下。當(dāng)電池耗盡后需要手術(shù)更換電池。作為心臟起搏器的電池應(yīng)該具備什么樣的特點(diǎn)。體積小、質(zhì)量小、高能量——比能量高回顧鋰電池的發(fā)展任務(wù)二作為心臟起搏器的電池應(yīng)該具備什么樣的特點(diǎn)。體積小、質(zhì)量小、高能量——比能量高回顧鋰電池的發(fā)展任務(wù)二怎樣提高電池的比能量呢？轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，消耗金屬的質(zhì)量科學(xué)家們將目光聚焦在了Li上結(jié)合鋰的化學(xué)性質(zhì)，思考用金屬鋰作為負(fù)極材料時(shí)需要注意的問題?；仡欎囯姵氐陌l(fā)展任務(wù)二Li：第二周期IA族；

還原性較強(qiáng)；易與水和氧氣發(fā)生反應(yīng)。電池的電解質(zhì)溶液不能含水；電池要嚴(yán)格密封，防止接觸空氣。一次鋰金屬電池資料

鋰金屬電池一般使用MnO2為正極反應(yīng)物、金屬鋰或其合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液做離子導(dǎo)體。并且用良好的密封材料進(jìn)行封裝。

放電反應(yīng)：xLi

+

MnO2

LixMnO2負(fù)極正極一次鋰電池價(jià)格昂貴，不可充電。請(qǐng)思考如何解決這一問題？回顧鋰電池的發(fā)展任務(wù)二二次電池的特點(diǎn)：電極反應(yīng)物和產(chǎn)物在充、放電時(shí)可以循環(huán)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電池重復(fù)使用。改進(jìn)方法：尋找可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化的材料或方法。2019諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯坦利·惠廷厄姆在1976年提出了第一個(gè)嵌入脫出型的正極材料TiS2，這幾乎標(biāo)志著從早期的Li—MnO2一次電池到現(xiàn)代二次鋰電池的轉(zhuǎn)變。TiS2Li+資料

TiS2是一種微觀上具有層狀結(jié)構(gòu)的固體材料。充、放電時(shí)，Ti元素的化合價(jià)發(fā)生變化，層狀結(jié)構(gòu)所帶電荷量發(fā)生改變，鋰離子會(huì)因此從其中脫出或嵌入。放電總反應(yīng)：xLi+TiS2LixTiS2結(jié)合資料、總反應(yīng)與示意圖，分析:1.放電時(shí)Li+遷移方向

和電極反應(yīng)；2.簡單說明其能夠反復(fù)

充電的理由。

Li固體TiS2隔膜含Li+的電解質(zhì)溶液：Li+：e-回顧鋰電池的發(fā)展任務(wù)二觀點(diǎn)展示1.放電時(shí)Li+移向正極正極：TiS2+xLi++xe-LixTiS2負(fù)極：xLi–xe-

xLi+xLi+TiS2LixTiS2放電LiLi+TiS2LixTiS2放電充電負(fù)極正極放電充電2.觀點(diǎn)展示1.放電時(shí)Li+移向正極正極：TiS2+xLi++xe-LixTiS2負(fù)極：xLi–xe-

xLi+xLi+TiS2LixTiS2放電如何解決這個(gè)問題？回顧鋰電池的發(fā)展任務(wù)二資料鋰電池充電過程中，鋰金屬表面會(huì)逐漸析出尖銳的鋰枝晶，有可能穿透正負(fù)極之間的隔膜，造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)電池自燃，造成爆炸。鋰枝晶金屬Li如何解決這個(gè)問題？回顧鋰電池的發(fā)展任務(wù)二資料鋰電池充電過程中，鋰金屬表面會(huì)逐漸析出尖銳的鋰枝晶，有可能穿透正負(fù)極之間的隔膜，造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)電池自燃，造成爆炸。鋰枝晶金屬Li增加隔膜的強(qiáng)度抑制或阻礙鋰枝晶的形成

約翰·古迪納夫發(fā)現(xiàn)了LiCoO2等一系列正極材料，減少了枝晶短路的可能，進(jìn)而大幅提升鋰電池的穩(wěn)定性。2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主鈷酸鋰LiCoO2資料與TiS2類似，

LiCoO2也是層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子能在放電與充電的過程中脫出或嵌入，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化。負(fù)極

Li正極固體LiCoO2隔膜電解質(zhì)溶液：Li+：e-負(fù)極材料為金屬Li，依然屬于二次鋰電池放電時(shí)的總反應(yīng)：

xLi+Li1-xCoO2LiCoO2

2019諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主吉野彰將碳基材料用作負(fù)極，依舊用鈷酸鋰做正極，并采用聚乙烯或聚丙烯為隔膜，LiClO4的