4.1.2化学反应与电能课件2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第1节 原电池 第2课时：化学电源 第四章 主讲人：赵玉杰 西安市长安区第三中学 人教版 高二年级 选择性必修一 素养目标 1．知道化学电源的分类方法 2．熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理，培养证据推理与模型认知的能力 3．以科学态度与社会责任意识了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法 第四章　化学反应与电能 化学　选择性必修1　新人教版 知识导图 第四章　化学反应与电能 化学　选择性必修1　新人教版 1、你知道最早的化学电源是谁发现的吗？他是怎么发现的呢？阅读课本99页科学史。2、在日常生活中，你用过那些电池？你知道电池的其它应用吗？ 第四章　化学反应与电能 化学　选择性必修1　新人教版 【任务一】阅读教材95-96页，思考下列问题1、目前化学电池主要分为哪几个大类？2、化学电池与其他能源相比有哪些优点？3、判断电池的优劣标准主要是什么？ 第四章　化学反应与电能 化学　选择性必修1　新人教版 2.优点： 化学电源 与其他能源相比 ①方便携带、易于维护 ②能量转化效率较高，供能稳定可靠 ③可制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组 化学电源 1.概念：化学电源是将化学能变成电能的装置。 一次电池： 铅蓄电池、锂离子电池等 氢氧燃料电池 干电池 二次电池： 燃料电池： (可充电电池) 3.分类 化学电源 4.判断电池优劣的主要标准： (1)比能量:【单位：(W·h)/kg或(W·h)/L】 电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。 (2)比功率:【单位：W/kg或W/L】 电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。 (3)电池的可储存时间的长短。 (4)除了特殊情况，质量小、体积小、输出功率大和储存时间长的电池，更易满足使用要求。 化学电源 概念：放电后不可再充电的电池。 随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物质逐渐被消耗，当这些物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。 俗名干电池：一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。 实例：普通锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池 一、一次电池 正极(MnO2和C)： 锌筒 石墨棒 MnO2和C 普通锌锰干电池的结构 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 电池总反应： 负极(Zn)： Zn＋2MnO2＋2NH4Cl ＝2MnO(OH)＋ZnCl2＋2NH3 Zn－2e- ＝Zn2+ （氧化反应） 2MnO2＋2NH4+ ＋2e- ＝2MnO(OH)＋2NH3 （还原反应） 1、普通锌锰干电池 （酸性电解质溶液） 一、一次电池 制作简单、价格便宜。 优点： 缺点： 【思考交流】锌锰干电池即使不用，放置过久，也可能会漏液失效，这是为什么？在使用和保存时又应该注意哪些方面？ 作为电解质的糊状NH4Cl显酸性。锌锰电池在使用和放置过程中，锌会溶解，锌筒会逐渐变薄，内部糊状电解质会泄漏出来，使电器腐蚀，长时间不用，应从电器中取出，密封储存于低温干燥处。 为了防止泄露，外壳套上防腐金属或塑料筒，制成防漏电池。 一、一次电池 缺点：电池容易自动放电，使存放时间较短，长时间放置可能会漏液；放电后电压下降较快。 负极(Zn)： Zn＋2OH- －2e- ＝Zn(OH)2 （氧化反应） 正极(MnO2和C)： 2MnO2＋2H2O＋2e-＝2MnO(OH)＋2OH- （还原反应） 总反应： Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnO(OH)＋Zn(OH)2 缺点： 多数只能一次使用，不能充电；价格较贵 优点： 比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电 2、碱性锌锰干电池 （碱性电解质溶液） 一、一次电池 一、一次电池 概念：又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。 特点：放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。  实例：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。  二、二次电池 放电过程总反应： Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O Pb＋SO42- －2e- ＝PbSO4 （氧化反应） 正极： PbO2＋4H+＋SO42- ＋2e-＝PbSO4 ＋2H2O （还原反应） 负极： 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。 二、二次电池 1、铅酸蓄电池 PbSO4难溶于水 缺点： 比能量低、笨重、废弃电池污染环境 优点： 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉 【思考】放电过程中，正负极质量和溶液pH如何变化？ 【任务二】请阅读P97的图片---铅蓄电池，思考铅蓄电池的工作原理是什么？ 构造： 铅酸蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，塑料外壳防止酸液泄漏。正极上覆盖有棕褐色的PbO2， 负极上覆盖有海绵状的金属Pb，正负电极之间用微孔塑料隔开， 两极均浸入30%H2SO4中。 15 以钻酸锂—石墨锂电池为例： Li1-xCoO2 + LixC6 == LiCoO2 + 6C LiC6﹣xe- == 6C + xLi+ （氧化反应） 正极材料：钴酸锂(LiCoO2) Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- == LiCoO2 （还原反应） 负极材料：嵌锂石墨(LixC6) 二、二次电池 2、锂离子电池——资料卡片P97 锂离子电池的优点：质量小，体积小，储存和输出能量大。 六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液 放电：Li+由石墨中脱嵌移向正极，嵌入LiCoO2晶体 用途：便携式电子设备(智能手机、笔记本电脑等)和交通工具(电动汽车等) [任务三]：请阅读P97的资料卡片---锂离子电池。思考锂离子电池的工作原理和他的优缺点 16 减少污染、节约资源 电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节纽扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。 嘉禾县第一中学 特点：它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。是一种能量转化率高、可持续使用、对环境友好的化学电池。 概念：燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂。 小型高性能燃料电池 三、燃料电池 【任务四】有没有一种电池兼具上面电池的优点，还污染小呢？阅读课本98页燃料电池相关内容。 嘉禾县第一中学 电极材料： 使用铂电极Pt或多孔性碳 负极： 通氢气（燃料） （1）酸性电解质，如H2SO4溶液 H2 - 2e－ = 2H+ O2 + 4H+ + 4e－ = 2H2O 总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 三、燃料电池 1、氢氧燃料电池 正极： 通氧气（氧化剂） 正极: O2 负极： 燃料H2 酸性电解质 溶液：H2SO4 H+ 嘉禾县第一中学 电极材料： 使用铂电极Pt或多孔性碳 负极： 通氢气（燃料） （2）碱性电解质，如NaOH溶液 H2 + 2OH- – 2e- = 2H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 三、燃料电池 1、氢氧燃料电池 正极： 通氧气（氧化剂） 碱性电解质 溶液： KOH 正极: O2 负极： 燃料H2 OH- 阴离子 KOH 溶液 嘉禾县第一中学 （1)甲醇燃料电池 （电解质为H2SO4 ） 电池总反应式： 正极： 负极： CH3OH - 6e- + 8OH- ＝ CO32- + 6H2O O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 2CH3OH +3O2 + 4OH-＝2CO32- +6H2O 1、写出下列燃料电池的正负极和总反应的反应方程式 课堂训练 (2)甲醇燃料电池 （电解质为KOH） 电池总反应式： 正极： 负极： CH3OH-6e-+H2O = CO2+6H+ O2+4e-+4H+ = 2H2O 2CH3OH+3O2 = 2CO2+4H2O N₂H4－4e- +4OH- = N₂ ↑ + 4H₂O O₂ + 4e- + 2H₂O = 4OH- N₂H4 + O₂ = N₂↑ + 2H₂O （3）肼燃料电池 （电解质为KOH ） 电池总反应式： 正极： 负极： 1、写出下列燃料电池的正负极和总反应的反应方程式 课堂训练 （4）肼燃料电池 （电解质为H2SO4 ） 电池总反应式： 正极： 负极： N₂H4 + O₂ = N₂↑ + 2H₂O O2 + 4H+ + 4e－ = 2H2O N₂H4－4e- = N₂ ↑ + 4H+ （1）写出燃烧反应的化学方程式（即总反应式）； （2）根据电解液改写燃料电池总反应； （3）写出正极的电极反应式(一般较简单)； （4）负极的电极反应式 = 燃料电池总反应式 - 正极的电极反应式。 燃料电池的电极反应式的书写步骤 方法指导 三、燃料电池 23 四、展望-新型电池 电池的发展趋势正在加快，电池可能作为未来的能源系统的基础，以其多样性、可靠性和负荷可控性，将会赋予新能源系统更高的效率、更佳的性能和更佳的可靠性。它可以有效调控可再生能源，最终实现可持续发展，满足人们对安全、可变电源的需求。 柔性电池可以定义为既具有保形又具有柔性的电池，与传统的刚性电池相反。柔性电池即使在连续弯曲或扭曲的情况下也能够保持其特征形状。相对于有固定形状的传统电池，这种具有高弹性、轻质量、易携带、高功率特点的电池更具有可塑性而且更安全。 新型柔性电池： 四、展望-新型电池 而判断一种电池的优劣，其中很重要的一点就是看这种电池的比能量，即电池单位质量或单位体积所能输出的电能多少。我们一起做个思考：当有一摩尔电子发生转移，所需金属的质量由少到多进行排列。短周期元素的情况如下，当然氢气也是一种优良的还原剂，继续向长周期元素拓展，情况如下。 25 四、展望-新型电池 柔性电池可广泛应用于可穿戴设备、医疗设备、美容护肤、电子标签以及其他领域。其中电子标签需求最大，在2016年占43.87%，主要是因为目前的柔性电池容量都较小，普遍在几十毫安，只能用于低功率的射频标签等领域，但随着市场发展，柔性电池在可穿戴设备中会越来越广泛，在2027年，可穿戴设备会占市场的32.63%。 而判断一种电池的优劣，其中很重要的一点就是看这种电池的比能量，即电池单位质量或单位体积所能输出的电能多少。我们一起做个思考：当有一摩尔电子发生转移，所需金属的质量由少到多进行排列。短周期元素的情况如下，当然氢气也是一种优良的还原剂，继续向长周期元素拓展，情况如下。 26 电池类型 原理 工艺及目的 一次电池 二次电池 燃料电池 小结 原电池原理 加入隔膜分隔氧化剂与还原剂，减少电池自损耗。 原电池及 电解池原理 将相关活性物质富集在电极材料表面，实现物质循环转化。 原电池原理 燃料和氧化剂连续由外部提供，保持电极材料和离子导体稳定，能够实现连续工作。 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处 丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。 27 第四章 化学反应与电能 人教版 高二年级 选择性必修一 谢谢观看 正极 $$