4.1.2化學(xué)電源高二化學(xué)課件（人教版2019選擇性必修1）

1、了解常見的化學(xué)電源，能運(yùn)用原電池思維模型分析其工作原理，能用電極反應(yīng)表示其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，體會變化與守恒思想。2、了解化學(xué)電源的發(fā)展史，能列舉常見的化學(xué)電源；能從物質(zhì)變化和能量變化的角度分析新型電池的研發(fā)和利用，培養(yǎng)責(zé)任意識和創(chuàng)新精神。原電池電極反應(yīng)式的書寫。原電池電極反應(yīng)式的書寫?；瘜W(xué)史：發(fā)明電池的故事伏特是意大利帕維亞大學(xué)的研究電學(xué)的物理學(xué)家。有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖學(xué)家的一篇論文，說動物肌肉里貯存著電，可以用金屬接觸肌肉把電引出來?？戳诉@篇論文，伏特非常興奮，便決定親自來做這個實驗。他用許多只活青蛙反復(fù)實驗，終于發(fā)現(xiàn)，實際情況并不像加伐尼所說的那樣，而是兩種不同的金屬接觸產(chǎn)生的電流，才使蛙腿的肌肉充電而收縮。為了證明自己的發(fā)現(xiàn)是正確的，伏特決定更深入地了解電的來源。為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，人們把電壓的計量單位叫做伏特，簡稱伏，符號V。比如我們手電筒里的電池的電壓是伏特，我們家里的電燈的電壓是220伏特。

用途廣泛的各種化學(xué)電池銀鋅電池干電池鉛酸電池鎳氫電池燃料電池鋰離子電池1、為什么電池的用途如此廣泛呢？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。2、電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)是什么？①比能量②比功率③電池的可儲存時間的長短除了特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池更易滿足使用者的要求。思考與討論化學(xué)電池放電到一定程度，電能減弱，電池不能再使用了，稱為一次電池(或干電池)，有的經(jīng)充電復(fù)原又可使用，這樣的電池叫二次電池

(可充電電池或蓄電池)，還有通入燃料即可直接轉(zhuǎn)化成電能的稱之為燃料電池。一次電池二次電池燃料電池燃料電池干電池鉛酸電池鋰離子電池化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池氫氧燃料電池等鉛蓄電池鋰離子電池鎳鎘蓄電池化學(xué)電池的分類堿性鋅錳電池普通鋅錳干電池鋅銀紐扣電池原電池失電子的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)

還原劑得電子的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)氧化劑負(fù)極正極電解質(zhì)溶液鹽橋或隔膜e-陽離子移向e-向移子離陰A原電池的構(gòu)成模型電子導(dǎo)體離子導(dǎo)體溫故而知新堿性鋅錳電池構(gòu)造示意圖負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)Zn、MnO2/KOH溶液（膠狀）負(fù)極正極電極還原劑氧化產(chǎn)物電極氧化劑還原產(chǎn)物1、請同學(xué)們分析堿性鋅錳電池各部分的功能及電池產(chǎn)生電流的原因。黃銅棒ZnZn(OH)2金屬MnO2MnO(OH)一、一次電池（干電池）2、請同學(xué)們分析酸性鋅錳電池各部分的功能及電池產(chǎn)生電流的原因。Zn、MnO2/NH4Cl溶液（糊狀）負(fù)極正極電極還原劑氧化產(chǎn)物電極氧化劑還原產(chǎn)物鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和H2O等總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH）+2NH3+H2O

負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+正極：2MnO2+2NH4++2e-

=2MnO(OH）+2NH3一、一次電池（干電池）金屬MnO2MnO(OH)ZnZnZn2+Zn、Ag2O/KOH溶液負(fù)極正極電極還原劑氧化產(chǎn)物電極氧化劑還原產(chǎn)物負(fù)極：Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2正極：Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－總反應(yīng)式：Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2金屬ZnZn(OH)2金屬Ag2OAg3、請同學(xué)們分析鋅銀電池各部分的功能及電池產(chǎn)生電流的原因。一、一次電池（干電池）銀鋅電池例1、堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，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)式為：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，鋅失去電子B、電池正極電極反應(yīng)為：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)C、電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D、-，理論上減小鋅的質(zhì)量C化學(xué)能電能放電充電二、二次電池(充電電池或蓄電池)Pb、PbO2/H2SO4溶液負(fù)極正極電極還原劑氧化產(chǎn)物電極氧化劑還原產(chǎn)物總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4

+2H2O放電充電PbO2PbO2PbSO4PbPbSO4Pb正極：PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O負(fù)極：Pb+SO42--2e-＝PbSO4鉛蓄電池構(gòu)造示意圖H2SO4(aq)PbO2(正極)Pb(負(fù)極)例2、關(guān)于鉛蓄電池放電時的說法正確的（）A、電池的負(fù)極材料是鉛板B、正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb+SO42--2e-=PbSO4C、電池中硫酸的濃度不發(fā)生變化D、負(fù)極質(zhì)量減少、正極質(zhì)量增加A2019諾貝爾化學(xué)獎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的碳酸丙烯酯液為電解質(zhì)溶液。確立了現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架。負(fù)極LixCy科學(xué)視野鋰離子電池/LiPF6的碳酸酯溶液負(fù)極正極電極還原劑氧化產(chǎn)物電極氧化劑還原產(chǎn)物負(fù)極：LixCy-xe-

=xLi++Cy正極：Li1-xCoO2+xLi++xe-=

LiCoO2

總反應(yīng)式：LixCy+

Li1-xCoO2

LiCoO2+Cy放電充電嵌鋰石墨LixCyLi+金屬Li1-xCoO2LiCoO2(鈷酸鋰)二、二次電池(充電電池或蓄電池)例3、氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是

H2+2NiO(OH)

2Ni(OH)2。根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述中正確的是(

)A、電池放電時，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B、電池放電時，鎳元素被氧化C、電池充電時，氫元素被還原D、電池放電時，H2在負(fù)極上反應(yīng)CD負(fù)極：H2+2OH--2e-=

2H2O正極：2NiO(OH)+2H2O+2e-=

2Ni(OH)2+2OH-放電充電三、燃料電池一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。電池的電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件。工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。清潔、能量轉(zhuǎn)換率高的特點?？晒┻x擇的燃料很多，如:氫氣、烴類、肼、甲醇、氨、煤氣等液態(tài)或氣態(tài)的燃料。氫氧燃料電池動力的法國產(chǎn)標(biāo)致TAXI同濟(jì)大學(xué)研制的燃料電池汽車－超越3號我國自主研發(fā)的燃料電池車神舟六號燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池的應(yīng)用1、氫氧燃料電池——酸性H2、O2/酸性負(fù)極電極還原劑氧化產(chǎn)物電極反應(yīng)式正極電極氧化劑還原產(chǎn)物電極反應(yīng)式總反應(yīng)式：PtH2H+2H2-4e-＝4H+PtO2H2OO2+4H++4e-＝2H2O2H2

+O2＝2H2O三、燃料電池H2、O2/堿性負(fù)極電極還原劑氧化產(chǎn)物電極反應(yīng)式正極電極氧化劑還原產(chǎn)物電極反應(yīng)式總反應(yīng)式：2、氫氧燃料電池——堿性PtH2H2O2H2-4e-+4OH-＝4H2OPtO2OH-O2＋4e-+2H2O＝4OH-

2H2

+O2＝2H2O三、燃料電池例4、氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。關(guān)于以KOH為電解質(zhì)的氫氧燃料電池敘述錯誤的是（）A、氫氧燃料電池直接把熱能轉(zhuǎn)化為電能B、電子從負(fù)極出發(fā)，沿導(dǎo)線流向正極C、負(fù)極反應(yīng)式為H2+2OH--2e-=2H2OD、電解質(zhì)KOH的物質(zhì)的量不發(fā)生變化A氧化劑還原劑ZnPbLiH2MnO2PbO2LiCoO2O2活性物質(zhì)負(fù)極材料活性物質(zhì)正極材料電解質(zhì)隔膜化學(xué)電池的構(gòu)造示意圖溫故而知新廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì)，如果隨意丟棄，會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。因此，應(yīng)當(dāng)重視廢舊電池的回收利用，這樣既可以減少環(huán)境污染，又可以節(jié)約資源。練習(xí)1、鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為Li+MnO2=LiMnO2，下列說法正確的是（）A、Li是正極，電極反應(yīng)為Li－e-=Li+B、Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為Li－e-=Li+C、Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為MnO2+e-=MnO2–D、Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為Li－2e-=Li2+B練習(xí)2、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。下列對該燃料電池說法正確的是()

A、電池的總反應(yīng)是：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O

B、在熔融電解質(zhì)中，O2-由負(fù)極移向正極

C、通入空氣一極是正極，電極反應(yīng)為：O2+4e-=2O2-

D、通入丁烷一極是正極，電極反應(yīng)為：C4H10+26e-+13O2-=4CO2+5H2OACABCD鋅錳電池鉛酸蓄電池氫氧燃料電池鎳鎘電池練習(xí)3、下列電池工作時，O2在正極得電子的是(

)C四、電極反應(yīng)式的書寫找還原劑寫出穩(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)什么酸性堿性H2OOH－O2－含氧酸根離子熔融氧化物熔融鹽H2－2e－＝2H＋H2－2e－＋OH－＝H2OH+H2O酸性堿性我們該如何準(zhǔn)確找出穩(wěn)定電極產(chǎn)物呢？H2O2O2＋4e－＋2H2O＝4OH－O2＋4e－＋4H＋＝2H2OO2＋4e－＝2O2－O2＋4e－＋2CO2＝2CO32－CO32-（或HCO3-）堿性我們該如何準(zhǔn)確找出穩(wěn)定電極產(chǎn)物呢？MCO2CH4－8e－＋10OH－＝CO32-＋7H2O2CH4－16e－＋18OH－＝2HCO3-＋13H2OAg－e－＋Cl－＝AgClZn－2e－＋2OH－＝Zn(OH)2Al－3e－＋4OH－＝AlO2-＋2H2OPb+SO42--2e-＝PbSO4Mn＋失ne-鹽酸堿性堿性硫酸Li元素的化合價為＋1價，O元素的化合價為－2價，所以Li1－xMn2O4（或Li1－xCoO2）中x值越大，則Mn（或Co）元素的化合價越高。關(guān)于鋰離子電池電極反應(yīng)式的書寫要點正極：Li1－xMn2O4和LiMn2O4（或Li1－xCoO2和LiCoO2）負(fù)極：Li或LixCyLi1－xMn2O4＋xe－＋xLi＋＝LiMn2O4Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋＝LiCoO2

先原子守恒，再電荷守恒，檢查電子是否守恒。經(jīng)驗：正極：(1)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例5、寫出下列甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。(2)甲烷-氧氣燃料電池電解質(zhì)為H2SO4溶液例5、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負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：(3)甲烷-氧氣燃料電池電解質(zhì)為熔融氧化物