【高中化學】原電池第二課時課件 2023-2024學年高二上學期化學人教版（2019）選擇性必修1

第四章化學反應與電能第一節(jié)原電池

第二課時

化學電源學習目標1、知道化學電源的分類方法。3、了解化學電源廣泛的應用及廢舊電池對環(huán)境的危害,設想其處理方法,形成科學態(tài)度與社會責任意識。2、掌握鋅錳電池、鉛酸蓄電池、氫氧燃料電池的組成、工作原理以及電極反應的書寫?！舅伎肌吭谌粘Ｉ詈蛯W習中，你用過哪些電池，你知道電池的其他應用嗎？

電池化學電池太陽能電池核電池將化學能轉換成電能的裝置將太陽能轉換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的能通過熱能轉換器轉換為電能的裝置新課引入新課引入干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池電池的發(fā)展：一次電池：二次電池：燃料電池：活性物質消耗到一定程度，就不能使用，如鋅錳電池。其電解質溶液制成膠狀，不流動，也叫干電池。放電后可以再充電使活性物質獲得再生，恢復工作能力，可多次重復使用，又叫充電電池或蓄電池。如鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋅銀電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池。一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的化學電池，又稱連續(xù)電池。如氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧氣組成燃料電池。新知探究一、化學電源1、分類①能量轉化率較高；②供能穩(wěn)定可靠；③可以制成各種形狀和大小、不同容量的電池及電池組；④使用方便，易于維護，并可在各種環(huán)境下工作。新知探究一、化學電源2、電池的優(yōu)點比能量：電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少。單位：(W·h)/kg,(W·h)/L比功率：電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大小。單位：W/kg,W/L儲存時間：電池的可儲存時間的長短

新知探究3、衡量電池優(yōu)劣的指標一、化學電源二、一次電池總反應Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O一次電池中電解質溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。負極：正極：0+4+2+31、普通鋅錳電池優(yōu)點：制作簡單，便于攜帶，價格便宜；缺點：放電時間短，電壓下降快；容易漏液（鋅外殼變薄）糊狀NH4Cl顯酸性）Zn—MnO2

—NH4Cl一次電池放電后不可再充電。新知探究Zn-2e-=Zn2+2MnO2+2e-+=2NH3↑+Mn2O3+H2O電池總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

負極：正極：鋅粉取代鋅筒，KOH取代NH4Cl，增大接觸面積加快反應速率，減少電池內(nèi)阻，電流大電壓高壽命長。0+4+3+22、堿性鋅錳電池Zn—MnO2

—KOH改進：①在外殼套上防腐金屬筒或塑料筒制成防漏電池；②將電池內(nèi)的電解質NH4Cl換成濕的KOH，并在構造上進行改進，制成堿性鋅錳電池。二、一次電池新知探究Zn–2e–

+2OH–=Zn(OH)2

2MnO2

+2e–

+2H2O=2MnOOH+2OH–

3、銀鋅紐扣電池總反應式:Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2

Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2優(yōu)點：電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時間長。適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式微型電池，廣泛用于電子手表、照相機、計算器和其他微型電子儀器。Ag2O+2e-+H2O

=2Ag+2OH-0+10+2二、一次電池新知探究Zn—Ag2O

—KOH負極：正極：4、鋰電池8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S0+4+1+10二、一次電池新知探究負極：正極：優(yōu)點：質輕、高能(比能量高)、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、寬工作溫度、高使用壽命，廣泛應用于軍事和航空領域。電池總反應：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb–2e-+

=PbSO4PbO2+2e-+4H++

=PbSO4+2H2O+40+21、鉛酸蓄電池Pb—PbO2—H2SO430%稀硫酸可充電電池又稱二次電池，放電時所進行的氧化還原反應，在充電時又逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。負極：正極：三、二次電池新知探究鉛酸蓄電池的電極反應物和放電后的產(chǎn)物，均以固體的形式附著在電極材料表面，充、放電時可以互相轉化，實現(xiàn)電池的重復使用。優(yōu)點：電流穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉缺點：單位質量輸出的電能少（比能量低），廢棄電池污染環(huán)境Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb–2e-+

=PbSO4PbO2+2e-+4H++

=PbSO4+2H2O1、鉛酸蓄電池Pb—PbO2—H2SO4負極：正極：三、二次電池新知探究放電時：充電時：

還原反應

氧化反應PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)

還原反應PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)

氧化反應陰極接電源負極陽極接電源正極三、二次電池新知探究二次電池工作原理：

總反應：Cd+2NiO(OH)+2H2O

2Ni(OH)2+Cd(OH)2

放電充電Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-負極：正極：還原反應陽極放電過程：充電過程：

Cd(OH)2

+2e-=Cd+2OH-陰極接外電源的負極2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiO(OH)+2H2O氧化反應接外電源的正極氧化反應還原反應三、二次電池新知探究2、鎘鎳電池Cd—NiO(OH)—KOH溶液

總反應：

H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2放電充電負極：正極：H2-2e-+2OH-=2H2O2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-氧化反應還原反應2H2O+2e-=H2+2OH-

還原反應陰極接外電源的負極2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiO(OH)+2H2O氧化反應陽極接外電源的正極放電過程：充電過程：三、二次電池新知探究3、氫鎳電池H2—NiO(OH)—KOH溶液負極：正極：MH-e-+OH-

=M+H2OMH—NiO(OH)—KOH溶液NiO(OH)+e-=NiO+OH-總反應：

NiO(OH)+MHNiO+M+H2O+30+2+1三、二次電池新知探究4、鎳氫電池放電過程：充電過程：氧化反應還原反應H2O+e-+M=MH+OH-

還原反應陰極接外電源的負極NiO-e-+OH-=NiO(OH)氧化反應陽極接外電源的正極鋰離子電池工作原理示意圖電池總反應：LixCy+Li1-xCoO2=LiCoO2+Cy負極：LixCy-xe-=xLi++Cy正極：Li1-xCoO2

+xe-+xLi+

=LiCoO2反應物離子導體負極：Li正極：LiCoO2六氟磷酸鋰的碳酸酯溶液(無水)石油焦炭和石墨作負極材料無毒，且資源充足，鋰嵌入碳中（Li看作0價），克服了鋰的高活性。優(yōu)點：能量密度大，沒有記憶效應。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電。使用壽命長。不含有毒有害物質，被稱為綠色電池。缺點：價格較昂貴。用途：廣泛用于手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等便攜式電子設備。三、二次電池新知探究5、鋰離子電池P99-資料卡片利用原電池的工作原理，燃料和氧化劑分別放在兩個電極上發(fā)生氧化還原反應，將化學能直接轉化為電能。反應物不儲存在電池內(nèi)部，由外設設備提供燃料和氧化劑。高效(能量轉化率可以達到80%以上),環(huán)境友好。優(yōu)點與其他電池的區(qū)別原理四、燃料電池新知探究新知探究H2O21、氫氧燃料電池四、燃料電池電解質酸性-H2SO4(aq)堿性-NaOH(aq)固體氧化鋯—氧化釔為電解質(高溫下能傳導O2－)在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下(高溫下能傳導CO32－)總反應式電極反應式—+2H2＋O2＝2H2O負極：2H2

－4e—

＝4H+正極：O2＋4e—＋4H+＝2H2O2H2＋O2＝2H2O負極：2H2－4e—＋4OH—＝4H2O正極：O2＋4e—＋2H2O＝4OH—正極：O2+4e-=2O2-負極：2H2-4e-+2O2-=2H2O2H2＋O2＝2H2O2H2＋O2＝2H2O正極：O2+4e-+2CO2=2CO32-負極：2H2-4e-+2CO32-=2CO2+2H2O新知探究CH4O22、甲烷燃料電池四、燃料電池電解質酸性-H2SO4(aq)堿性-NaOH(aq)固體氧化鋯—氧化釔為電解質(高溫下能傳導O2－)在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下(高溫下能傳導CO32－)總反應式電極反應式—+負極：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋正極：2O2＋8e－＋8H＋=4H2O負極：CH4－8e－＋10OH－=CO32-＋7H2O正極：2O2＋8e－＋4H2O=8OH－正極：2O2＋8e－

=4O2－負極：CH4-8e-＋4O2-

=CO2＋2H2O正極：2O2＋8e－＋4CO2=4CO32-負極：CH4－8e－＋4CO32-

=5CO2＋2H2OCH4＋2O2=CO2＋2H2OCH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2OCH4＋2O2=CO2＋2H2OCH4＋2O2=CO2＋2H2O新知探究CH3OHO23、甲醇燃料電池四、燃料電池電解質酸性-H2SO4(aq)堿性-NaOH(aq)固體氧化鋯—氧化釔為電解質(高溫下能傳導O2－)在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下(高溫下能傳導CO32－)總反應式電極反應式—+負極：2CH3OH－12e—

＋2H2O＝12H+＋2CO2正極：3O2＋12e—＋12H+

＝

6H2O負極：2CH3OH－12e—

＋16OH-

＝

2CO32-＋12H2O正極：3O2＋12e—＋6H2O

＝

12OH-正極：3O2＋12e－

=6O2－負極：2CH3OH－12e—

＋6O2-

=2CO2＋4H2O正極：3O2＋8e－＋6CO2=6CO32-負極：2CH3OH－12e—＋6CO32-

=8CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2＋4OH-＝2CO32-＋6H2O2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O新知探究N2H4O24、肼燃料電池

四、燃料電池電解質酸性-H2SO4(aq)堿性-NaOH(aq)固體氧化鋯—氧化釔為電解質(高溫下能傳導O2－)在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下(高溫下能傳導CO32－)總反應式電極反應式—+負極：N2H4－4e－=N2＋4H+正極：O2＋4e－＋4H+=2H2O負極：N2H4－4e－＋4OH－=N2＋4H2O正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－正極：O2＋4e－

=2O2－負極：N2H4－4e—

＋2O2-

=N2＋2H2O正極：O2＋4e－＋2CO2=2CO32-負極：N2H4－4e－＋2CO32-

=N2＋2CO2＋2H2ON2H4＋O2=N2＋2H2ON2H4＋O2=N2＋2H2ON2H4＋O2=N2＋2H2ON2H4＋O2=N2＋2H2O1、根據(jù)裝置書寫電極反應式(1)確定原電池的正負極及放電的物質。首先根據(jù)題目給定的圖示裝置特點，結合原電池正負極的判斷方法，確定原電池的正負極及放電的物質。(2)書寫電極反應式。①負極反應：規(guī)律：活潑金屬或H2(或其他還原劑)失去電子生成金屬陽離子或H+(或其他氧化產(chǎn)物)。特別提醒：若電解質溶液中的陰離子與生成的金屬陽離子或H+能反應，則該陰離子應寫入電極反應式，如鉛蓄電池的負極反應是Pb－2e－＋SO42－=PbSO4。五、化學電源電極反應式的書寫新知探究②正極反應：結合電子守恒將正負極電極反應式