4.1.2化學(xué)電源++課件++【知識(shí)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(duì)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(huì)責(zé)任意識(shí)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?！舅肌侩姵貎?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(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。【評(píng)】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(dòng)，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(jiǎn)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(chǔ)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(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，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(zhǎng)，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)。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(guò)程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Pb+SO42－－2e－=PbSO4②充電過(guò)程

陰極：

陽(yáng)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(dòng) 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(guò)程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Cd+2OH－-2e－=Cd(OH)2②充電過(guò)程

陰極：

陽(yáng)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(zhǎng)。廣泛用于收錄機(jī)、無(wú)線對(duì)講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)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(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，有被鎳氫電池取代的趨勢(shì)。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(chǔ)氫合金(稱儲(chǔ)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(guò)程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：H2

-2e-+2OH-=2H2O②充電過(guò)程

陰極：

陽(yáng)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(wú)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(dòng)工具、電動(dòng)車輛和混合動(dòng)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(guò)程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：LixC6

－xe－＝6C+xLi+②充電過(guò)程

陰極：

陽(yáng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)、④自放電率低、⑤無(wú)記憶效應(yīng)、⑥污染小。用途：已成為筆記本電腦、移動(dòng)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(shuō)法錯(cuò)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(guò)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(guò)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(píng)】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(duì)應(yīng)減弱正增負(fù)減對(duì)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(guó)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(yáng)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(guò)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(yáng)能電池原子能電池將太陽(yáng)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(píng)】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(shuō)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(dòng)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(shuō)法中錯(cuò)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(tái)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(duì)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(shuō)法錯(cuò)誤的是(