4.1.2化學(xué)電源++課件++【知識精研+拓展延伸】高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

第一節(jié)原電池

第2課時(shí)化學(xué)電源習(xí)學(xué)目標(biāo)1.知道化學(xué)電源的分類方法2.熟悉幾種常見化學(xué)電源的組成和工作原理,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的能力3.了解化學(xué)電源廣泛的應(yīng)用及廢舊電池對環(huán)境的危害,設(shè)想其處理方法,形成科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任意識meiyangyang8602meiyangyang8602

電池的發(fā)展史用途廣泛的各種化學(xué)電池為什么電池的用途如此廣泛呢？思考

方便攜帶、易于維護(hù)，能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠，可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組。【思】電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):①比能量指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小.③電池的可儲存時(shí)間的長短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時(shí)間長的電池，其質(zhì)量好。【評】一次電池：鉛蓄電池、鋰離子電池等氫氧燃料電池干電池二次電池：燃料電池：(可充電電池)化學(xué)電源的分類二、一次電池放電之后不可再充電的電池。一次電池中的電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動，也叫干電池。鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和H2O等(1)構(gòu)造:1.普通鋅錳干電池（酸性）鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和H2O等(2)組成:正極:負(fù)極:

電解質(zhì):石墨ZnNH4Cl糊(3)工作原理:負(fù)極反應(yīng):正極反應(yīng):Zn－2e-＝Zn2＋2MnO2

+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O總反應(yīng):Zn+2MnO2+2NH4Cl=Mn2O3+ZnCl2+

2NH3+H2O一次電池：只能使用一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使用.優(yōu)點(diǎn)：制作簡單、價(jià)格便宜。

缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。2.堿性鋅錳干電池(1)構(gòu)造:(2)組成:正極:負(fù)極:電解質(zhì):MnO2ZnKOH(3)工作原理:負(fù)極反應(yīng):正極反應(yīng):Zn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電缺點(diǎn)：只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴氫氧化氧錳3.銀鋅電池(1)構(gòu)造:(2)組成:負(fù)極：Zn，正極：Ag2O，電解質(zhì)：KOH這種電池能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。(3)工作原理:負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=

Zn(OH)2正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag（非水有機(jī)溶劑電解液）負(fù)極：2Li-2e-=2Li+，正極：I2+2e-=2I-，總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI跟其它金屬作負(fù)極相比，使用壽命延長，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。為什么？與作負(fù)極材料的金屬相比較，相同質(zhì)量時(shí)鋰提供電子數(shù)最多。（4）鋰電池三．二次電池1.二次電池又稱為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。（1）常見類型：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等；（2）特點(diǎn)：放電：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；充電：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。放電時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)逆向進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。1.鉛蓄電池工作機(jī)制化學(xué)能電能放電充電充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系：三、二次電池(充電電池或蓄電池):放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生；鉛蓄電池、鋰離子電池……其電池反應(yīng)可以正向和逆向進(jìn)行，放電時(shí)為自發(fā)電池，充電時(shí)為電解池，充電后電池容量得到恢復(fù)，充放電次數(shù)可達(dá)千百次。

組成:正極:PbO2

負(fù)極:Pb

電解質(zhì):H2SO4溶液不是可逆反應(yīng)

①放電過程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Pb+SO42－－2e－=PbSO4②充電過程

陰極：

陽極：

總反應(yīng)：PbSO4+2e－=Pb+SO42－

PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－

=PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2OPbSO4＋2H2O－2e－

=PbO2＋4H＋＋SO42－2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉缺點(diǎn)：笨重，比能量低、廢棄電池污染環(huán)境1.鉛蓄電池工作原理Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)【典例】鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解液為硫酸，工作時(shí)的反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，下面結(jié)論正確的是（）A．Pb為正極，被氧化 B．溶液的pH不斷減小C．SO42－只向PbO2處移動 D．電解液密度不斷減小【答案】D2.堿性鎳鎘電池組成:正極：NiOOH負(fù)極：Cd電解質(zhì)：KOH

①放電過程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Cd+2OH－-2e－=Cd(OH)2②充電過程

陰極：

陽極：

總反應(yīng)：Cd(OH)2+2e－=Cd+2OH－

2NiOOH+2e－+2H2O=2Ni(OH)2+2OH－2NiOOH+Cd+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)22Ni(OH)2+2OH－-2e－=2NiOOH+2H2O

2Ni(OH)2+Cd(OH)2=2NiOOH+Cd+2H2O優(yōu)點(diǎn)：體積小便于攜帶，可重復(fù)使用500次以上，壽命比鉛蓄電池長。廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、電動剃須刀等。缺點(diǎn)：鎘有致癌作用，廢棄的鎳鎘電池如不回收，會嚴(yán)重污染環(huán)境，有被鎳氫電池取代的趨勢。2.堿性鎳鎘電池工作原理2NiOOH+Cd+2H2O

2Ni(OH)2+Cd(OH)23.鎳氫電池組成：鎳氫電池正極活性物質(zhì)為Ni(OH)2(稱NiO電極)，負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氫化物，也稱儲氫合金(稱儲氫電極)，電解液為KOH溶液。圓柱可充鎳氫電池

方形可充鎳氫電池

①放電過程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：H2

-2e-+2OH-=2H2O②充電過程

陰極：

陽極：

總反應(yīng)：2H2O+2e-=H2+2OH-

2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-H2+2NiOOH=2Ni(OH)2

2Ni(OH)2-2e-

+2OH-=2NiOOH+2H2O

2Ni(OH)2=H2+2NiOOH優(yōu)點(diǎn)：能量密度高；無鎘污染，是一種綠色電池；可大電流快速充放電；電池工作電壓為1.2V；在小型便攜電子器件、電動工具、電動車輛和混合動力車上逐步得到應(yīng)用。3.鎳氫電池工作原理H2+2NiOOH2Ni(OH)2

4.鋰離子電池--新一代可充電的綠色電池銅集流板鋁集流板鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液LixC6Li1-xCoO2石墨鈷酸鋰鋰離子電池結(jié)構(gòu)組成：負(fù)極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6

)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)

電解液：鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液

①放電過程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：LixC6

－xe－＝6C+xLi+②充電過程

陰極：

陽極：

總反應(yīng)：6C+xe－+xLi+＝LixC6

Li1-xCoO2+xe－+xLi?＝LiCoO2LixC6+Li1-xCoO2=LiCoO2＋6CLiCoO2－xe－＝Li1-xCoO2+xLi+

LiCoO2＋6C=LixC6+Li1-xCoO2

4.鋰離子電池工作原理LixC6+Li1-xCoO2LiCoO2＋6C

鋰離子電池的優(yōu)越性能:

相對于傳統(tǒng)的鎘鎳電池(Ni/Cd)和氫鎳電池(Ni/MH),鋰離子電池的電壓大約是它們的3倍;重量比能量密度提高了約3倍;對于同樣的功率消耗，鋰離子電池的使用期限約為鎳鎘電池的2.25～2.57倍.現(xiàn)在鋰離子電池已經(jīng)是電子信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的普通配置.

①工作電壓高、②比能量大、③循環(huán)壽命長、④自放電率低、⑤無記憶效應(yīng)、⑥污染小。用途：已成為筆記本電腦、移動電話、攝像機(jī)等低功耗電器的主流電池。C1.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)為：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)===Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)。下列說法錯誤

的是(

)A．電池工作時(shí)，鋅失去電子B．電池正極反應(yīng)為：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)C．電池工作時(shí)，負(fù)極附近溶液堿性增強(qiáng)D．外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g2.銀鋅電池用途廣泛，可用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O，此電池放電時(shí)負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是(

)DA．Ag

B．Zn(OH)2C．Ag2O

D．Zn3、燃料電池將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池負(fù)極H2,CO,烴類，醇類，其他有機(jī)物失電子不同電解質(zhì)體系下的特定結(jié)構(gòu)形式正極通常為氧氣得電子不同電解質(zhì)體系下的特定結(jié)構(gòu)形式如OH-,H2O,O2-①氫氧燃料電池——酸性以氫氧燃料電池為例總反應(yīng)式:

2H2+O2＝2H2O負(fù)極：2H2-4e-＝4H+

正極：O2+4e-+4H+＝2H2O正極pH

；負(fù)極pH

；溶液pH

；消耗2molO2轉(zhuǎn)移電子

。增大減小增大8NA找還原劑寫出穩(wěn)定的電極產(chǎn)物找正負(fù)使守恒看環(huán)境相加減②電荷守恒③原子守恒①電子守恒正極+負(fù)極=總反應(yīng)式找氧化劑酸性補(bǔ)H＋堿性補(bǔ)OH－給什么補(bǔ)什么電極反應(yīng)式的書寫【評】②氫氧燃料電池——堿性總反應(yīng)式:

2H2+O2＝2H2O負(fù)極：2H2+4OH--4e-＝4H2O正極：O2+4e-+

2H2O

＝4OH-

正極pH

；負(fù)極pH

；溶液pH

；消耗1molH2轉(zhuǎn)移電子

。增大減小減小2NA燃料電池pH變化正極負(fù)極溶液酸性溶液堿性溶液pH增大pH減小酸性pH增大堿性pH減小對應(yīng)減弱正增負(fù)減對應(yīng)減弱介質(zhì)電池反應(yīng)：負(fù)極正極負(fù)極

正極2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=2H2O2H2-4e-+2O2－=2H2OO2+4e-=2O2－

2H2+Ｏ２=2H2O③氫氧燃料電池——高溫傳導(dǎo)O2-或H+

一極通入H2，一極通入空氣和CO2混合氣體，以Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽作電解質(zhì)。負(fù)極：

正極：

總反應(yīng)式：④氫氧燃料電池——熔融碳酸鹽2H2+2CO32--4e-=2CO2

+2H2OO2+2CO2+4e-=2CO32-2H2

+O2＝2H2O(1)甲烷-氧氣燃料電池負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：電解質(zhì)為H2SO4溶液

寫出下列甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。CH4-8e-+2H2O

=

CO2

+8H+2O2+8e-

+8H+=

4H2O

CH4+2O2

=CO2+2H2O【課堂練習(xí)8】【檢】(2)甲烷-氧氣燃料電池負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：電解質(zhì)為KOH溶液CH4-8e-+10OH-＝CO32-+7H2O2O2+8e-+4H2O＝8OH-CH4+2O2+2OH-＝CO32-+3H2O【檢】(3)甲烷-氧氣燃料電池負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：電解質(zhì)為熔融氧化物(高溫下能傳導(dǎo)O2-)CH4-8e-+4O2-

=

CO2

+2H2O2O2+8e-

=

4O2-

CH4+2O2

=CO2+2H2O【檢】(4)甲烷-氧氣燃料電池負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：電解質(zhì)為熔融碳酸鹽(熔融K2CO3)CH4-8e-+4CO32-=

5CO2

+2H2O2O2+8e-

+4CO2

=

4CO32-

CH4+2O2

=CO2+2H2O【檢】負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：2CH3OH

-12e-+16OH-＝1CO32-+12H2O3O2+12e-+6H2O

＝12OH-2CH3OH+3O2+4OH-＝2CO32-+6H2O

寫出甲醇燃料電池的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式（電解質(zhì)為KOH溶液）【課堂練習(xí)9】【檢】3.甲醇燃料電池堿性電解質(zhì)溶液負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：2CH3OH

-12e-

+16OH-＝2CO32-

+12H2O3O2+12e-+4H2O

＝8OH-2CH3OH+3O2+4OH-＝2CO32-

+6H2O4.肼燃料電池N?H4-4e-+4OH-=N?↑+4H?O堿性電解質(zhì)溶液負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：O?+4e-+2H?O=4OH-N?H4+O?=N?+2H?O5.鋁-空氣-海水電池4A1-12e-

=

4A13+負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：3O2+12e-+6H2O=12OH-4A1+3O2+6H2O=4A1(OH)31991年，我國首創(chuàng)，用作海上標(biāo)志燈。以海水為電解液，靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。四、其他電池空氣電池太陽能電池普通鋅錳干電池將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能通過熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置電池一次電池堿性鋅錳電池鋅銀紐扣電池構(gòu)造組成優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用正極負(fù)極總反應(yīng)二次電池燃料電池鉛蓄電池H2、甲烷、丁烷、甲醇、肼于酸性、堿性、熔融氧化物及碳酸鹽介質(zhì)中鋰離子電池鎳氫電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置太陽能電池原子能電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置化學(xué)電池電極方程式書寫方法的滲透鋰金屬電池三步法1.列物質(zhì)，找升降2.看介質(zhì)，配電荷3.巧用水（或其他），配原子課堂小結(jié)【評】1.一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是()A.反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO,每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移12mol電子B.電極A上H2參與的電極反應(yīng)為：H2+2OH--2e-=2H2OC.電池工作時(shí)，CO32－向電極B移動D.電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－D隨堂練習(xí)2.乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在一定溫度下供電，電池總反應(yīng)為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，電池示意圖如圖。下列說法中錯誤的是(

)A.電池工作時(shí)，質(zhì)子向電池的正極遷移B.電池工作時(shí)，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極C.a極上發(fā)生的電極反應(yīng)是:C2H5OH+3H2O+12e-==2CO2＋12H＋D.b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是4H＋＋O2＋4e－==2H2OC隨堂練習(xí)3.某航空站安裝了一臺燃料電池，該電池可同時(shí)提供電和水蒸氣。所用燃料為氫氣，電解質(zhì)為熔融的碳酸鉀。已知該電池的總反應(yīng)為2H2＋O2=2H2O，正極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－==2CO32-，則下列推斷正確的是(

)A.負(fù)極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－==2H2OB.該電池可在常溫或高溫時(shí)進(jìn)行工作，對環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性C.該電池供應(yīng)2mol水蒸氣，同時(shí)轉(zhuǎn)移2mol電子D.放電時(shí)負(fù)極有CO2生成D隨堂練習(xí)(二)微生物電池4.微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是(