【人教版】高中化學(xué) 選擇性必修一 第四章 第一節(jié) 原電池 第一課時 電化學(xué) 課件

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電化學(xué)

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

一、創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

一、創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

1976年第一枚鋰電池投入生產(chǎn)，直至今日依舊是小型電子設(shè)備的首先電池。例如手表、計算器中紐扣電池。

二、構(gòu)建模型，揭示本質(zhì)

請根據(jù)電池總反應(yīng)和電池剖面圖分析該電池的工作原理，寫出電極反應(yīng)，畫出內(nèi)電路離子遷移方向、外電路電子流向。

陽離子

LiMnO2=LiMnO2

+

e-

二、構(gòu)建模型，揭示本質(zhì)

基于氧化還原的電化學(xué)模型

原理模型

構(gòu)成要素

負(fù)極

正極

氧化劑

還原劑

化合價升高

化合價降低

陽離子

電極材料

電極反應(yīng)

離子通道

電子通道

三、提出新問題，推理預(yù)測

鋰-二氧化錳電池禁止充電，因為是用來易揮發(fā)、易燃物質(zhì)——乙二醇二甲醚。鋰電池充電時容易形成枝晶，刺穿正、負(fù)極隔膜，內(nèi)部短路。

根據(jù)電池構(gòu)成要素，請嘗試改變某一要素將上述鋰一次電池修改為鋰二次電池，試分析原因。

電極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)物不是單質(zhì)狀態(tài)的鋰，而是易失電子的化合物狀態(tài)。

電極材料：導(dǎo)電性更強，有利于電子和電解質(zhì)離子的定向移動。

離子導(dǎo)體：使用穩(wěn)定性更強的電解質(zhì)環(huán)境。

三、提出新問題，推理預(yù)測

三、提出新問題，推理預(yù)測

科學(xué)家對鋰電池作出了哪些改變？達(dá)到了什么目的？

第一階段：改變正極材料，片層的二硫化鈦中鋰離子更容易嵌入和脫出，有利于電解質(zhì)離子的定向移動。

第二階段：改變正極材料，鈷酸鋰片層結(jié)構(gòu)提高電池電壓。

負(fù)極材料鋰單質(zhì)在充放電時生長出鋰枝晶。

負(fù)極材料改變成什么樣的組成和結(jié)構(gòu)？

第三階段：改變負(fù)極材料。石墨片層嵌入鋰離子形成鋰的化合物，脫出鋰離子同時失去電子。

三、提出新問題，推理預(yù)測

根據(jù)鋰電池工作原理，書寫正、負(fù)極和陰、陽極電極反應(yīng)。

LixC6+Li1-xCoO26C+LiCoO2

放電

充電

LixC6+Li1-xCoO26C+LiCoO2

放電

充電

放電時

e-

陰極：6C+xLi++xe-=LixC6

陽極：LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+

三、提出新問題，推理預(yù)測

根據(jù)鋰電池工作原理，書寫正、負(fù)極和陰、陽極電極反應(yīng)。

LixC6+Li1-xCoO26C+LiCoO2

放電

充電

LixC6+Li1-xCoO26C+LiCoO2

放電

充電

充電時

e-

負(fù)極：LixC6-xe-=6C+xLi+

正極：Li1-xCoO2+xe-+xLi+=LiCoO2

三、提出新問題，推理預(yù)測

原電池為自發(fā)氧化還原反應(yīng)，而電解池是在外加電場作用下形成電子的定向移動，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。外加電場形成電極電勢差，電解質(zhì)提供的離子定向移動形成內(nèi)電流。

基于氧化還原的電化學(xué)模型

原理模型

構(gòu)成要素

電解質(zhì)環(huán)境

氧化還原造成電子轉(zhuǎn)移

外接電源造成電子轉(zhuǎn)移

電極材料

離子通道

e-

氧化劑

還原劑

化合價升高

化合價降低

陽離子

e-

e-

四、思考自身對電池的需求，開拓創(chuàng)新

結(jié)合你使用鋰離子電池的經(jīng)驗，請思考你希望未來的電池有哪些更好的性能，可以通過改變哪些要素來實現(xiàn)？

觀點1:質(zhì)量太重，改變電解質(zhì)環(huán)境和電極材料、電極反應(yīng)物。

請分析Li-空氣電池示意圖中各物質(zhì)的作用。

負(fù)極

正極

增大反應(yīng)速率

隔絕金屬鋰與電解質(zhì)環(huán)境并提供鋰離子

提供離子定向移動形成內(nèi)電路的閉合回路

四、思考自身對電池的需求，開拓創(chuàng)新

觀點2:隨時使用，充電更方便——微生物有機物燃料電池。

資料：2023年8月科研人員利用葡萄糖易在酶的作用下被氧化成葡萄糖酸，研制成功“糖電池”，靈感來自生物自身產(chǎn)生能量的機理。該電池易葡萄糖溶液為燃料，四節(jié)生物電池串聯(lián)后，可提供足夠電能來播放隨身聽。

繪制、分享“糖電池”簡易裝置圖。

葡萄糖

電解質(zhì)

空氣

用電器

CH3(CH2)3CHO+1/2O2→CH3(CH2)4COOH

e-

四、思考自身對電池的需求，開拓創(chuàng)新

請完善自己的簡易裝置圖。

我們?nèi)鄙倜缸鞔呋瘎﹣砑铀傺趸€原反應(yīng)

四、思考自身對電池的需求，開拓創(chuàng)新

觀點3:便于攜帶——與我們的必需品結(jié)合在一起。

賓厄姆頓大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種紡織生物電池，或?qū)⒆鳛槲磥砜纱┐麟娮赢a(chǎn)品即基礎(chǔ)功能。與該團(tuán)隊之前發(fā)明的紙基微生物燃料電池相比，其能產(chǎn)生的功率更大。

即使經(jīng)過反復(fù)的扭轉(zhuǎn)和拉伸循環(huán)，織物基電池仍具有穩(wěn)定的發(fā)電能力。微生物燃料電池被一些人認(rèn)為是可穿戴設(shè)備的最佳電源，因為微生物細(xì)胞可以作為生物催化劑，提供穩(wěn)定的酶促反應(yīng)并具有較長的使用壽命。即使從人類身體產(chǎn)生的汗水也可以作為支持細(xì)菌活力的潛在燃料。

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