6.1.3化学电源 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第一节 化学反应与能量变化 常见的化学电源 第六章 高一 化学 1 学习目标 2 1 本节难点 3 一次电池 燃料电池 二次电池 ‹#› 知识导航 1799年，意大利科学家伏打发明了世界上最早的电池--伏打电池。由于它的诞生，加深了人们对光、热、电磁、化学变化之间的关系的认识，导致了与电化学、电磁相联系的一系列重大的科学发现，也为电力应用开辟了广阔的前景。 人类历史上的第一块电池--伏打电池 ‹#› 知识拓展 1.定义 将化学能变成电能的装置 2.分类 ①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 电池消耗到一定程度，就不能使用；（只放不充，环境污染）。如普通干电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池等。 ②二次电池又称充电电池——蓄电池 放电后可以再充电重新使用；放电为原电池，充电为电解池。（可放可充，发展方向）。如铅蓄电池、锌银蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。 ③燃料电池 一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（能量很高，前景远大）。如氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。 ④其他电池： 如海水电池、心脏起搏电池等。（特殊用途，现代科技） 常见的化学电源 ‹#› 1.锌锰干电池 锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒为_____，电极反应是_________________。 ②石墨棒为 ，最终被还原的物质是_________。 ③NH4Cl糊的作用是_____________。 ④特点：放电后不能充电，便于携带，价格低。 负极 Zn－2e－===Zn2＋ 正极 二氧化锰 作电解质溶液 电解质是氯化铵具有酸性，因此电池不能长期保存（自放电）。 2MnO2 +2NH4+ + 2e— = 2MnOOH + 2NH3↑ 一次电池 定义：放电之后不能充电的电池。 （内部氧化还原反应无法逆向进行） ‹#› 1.某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是 A.锌筒是原电池的正极 B.石墨电极上发生氧化反应 C.铵根离子流向石墨电极 D.电子经石墨棒沿电解质溶液流向锌筒 C ‹#› 2.碱性干电池 一次电池 锌锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部的糊状电解质会泄露出来，使电器腐蚀。为了延长电池寿命和提高其性能，人们将在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池，电池内的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH，制成了碱性锌锰电池。 锌粉取代锌筒，KOH取代NH4Cl，增大接触面积加快反应速率，减少电池内阻，电流大电压高寿命长。 负极：Zn + 2OH– – 2e– =Zn(OH)2 正极：2MnO2 + 2H2O +2e– = 2MnOOH + 2OH– 总反应：Zn+2MnO2 + 2H2O=2MnOOH + Zn(OH)2 ‹#› 3.银锌纽扣电池 钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO 负极： 正极： 总反应： Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O Ag2O +H2O +2e- =2Ag +2OH- Ag2O + Zn =ZnO + 2Ag ‹#› 二次电池 充电电池又称二次电池或蓄电池，放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 汽车用铅酸蓄电池 镍氢电池 化学能 电能 充电 放电 ‹#› 二次电池 1.铅蓄电池 正极： PbO2 负极： Pb 电解质溶液：稀硫酸 负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O 氧化反应 还原反应 总反应：Pb + PbO2 +2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 放电反应 总反应：2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 +2H2SO4 充电反应 ‹#› 负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O 氧化反应 还原反应 总反应：Pb + PbO2 +2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 放电反应 ‹#› 2．(2022·浙江舟山调研)氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上。其中一种氟离子电池的工作原理为3Mg＋2BiF3放电充电3MgF2＋2Bi(MgF2为难溶盐)，电解质为熔融氟化物。下列说法正确的是(　　) A．放电时，负极的电极反应式为Mg－2e－＋2F－=MgF2 B．放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极 C．放电时，化学能完全转化为电能 D．放电时，F－向正极移动 A 导学案 7页 课堂练习 ‹#› 二次电池 2.锂离子电池 负极（锂）： 正极： Li - e- = Li+ Li1-xCoO2 + xe- + xLi+ = LiCoO2 Li1-xCoO2 新一代可充电绿色电池，可用于笔记本电脑、手机、数码相机等低功耗电器。 锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。石墨作正极。 注意：此电池的电解液不能是水溶液，因为锂和水反应。 SOCl2 ‹#› 科学·技术·社会 发展中的燃料电池 燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80％以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。 燃料电池供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领域有广阔的应用前景。 我国研制的燃料电池和超级电容混合动力有轨电车 燃料电池 ‹#› 燃料电池 负极（通H2）： 正极（通O2）： 总反应： O2+2H2 =2H2O 氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介质。 通燃料的电极为负极，通氧化剂的电极为正极。 2H2+4OH- -4e- =4H2O O2+2H2O +4e- =4OH- ‹#› 燃料电池 负极（通H2）： 正极（通O2）： 总反应： O2+2H2 =2H2O 氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。酸性介质。 2H2 -4e- =4H+ O2 +4e- +4H+=2H2O ‹#› 注意： ①在燃料电池中，燃料（还原性气体）在负极发生氧化反应，氧化剂（通常为氧气）在正极发生氧化还原反应 ②燃料电池在使用过程中，没有发生燃料与氧化剂之间的直接燃烧，而是在两极发生了电极反应，将化学能转化为电能。 ③燃料电池的电极一般为惰性电极，且具有较强的催化活性，如铂电极、活性碳电极。 ‹#› (1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电(　　) (2)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应(　　) (3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能(　　) (4)原电池中正极材料一定发生还原反应(　　) (5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子(　　)      ‹#› 课堂练习 2.国家电投氢能公司全自主研发的“氢腾”燃料电池系统广泛应用于氢能大巴。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是 A.电池工作时，电解质溶液中的H＋向b极移动 B.a极发生的电极反应为H2＋2e－＋2OH－===2H2O C.b极为正极，发生氧化反应 D.当外电路有1 mol电子转移时，b极消耗5.6 L O2 A ‹#› 课堂练习 负极（通CH4）： 正极（通O2）： 总反应： CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O 甲烷燃料电池（碱性条件下） CH4 - 8e- + 10OH- =CO32- + 7H2O O2 +4e- + 2H2O = 4OH- 负极（通CH4）： 正极（通O2）： 总反应： CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 甲烷燃料电池（酸性条件下） CH4 - 8e- +2H2O =CO2+8H+ O2+4e-+4H+= 2H2O 甲醇燃料电池： 电解质溶液：稀硫酸 总反应：2CH3OH + 3O2 = 2CO2+4H2O 负极：2CH3OH + 2H2O -12e- = 2CO2↑+12H+ 正极：3O2+ 12H+ +12e- = 6H2O 电解质溶液：KOH溶液 总反应：2CH3OH + 3O2+4KOH= 2K2CO3+6H2O 负极：2CH3OH + 16OH- -12e- = 2CO32-↑+12H2O 正极：3O2+ 6H2O+12e- = 12OH- ‹#› 4.一种直接铁燃料电池(电池反应为3Fe＋2O2===Fe3O4)的装置如图所示，下列说法正确的是 A.Fe极为电池正极 B.KOH溶液为电池的电解质溶液 C.电子由多孔碳极沿导线移向Fe极 D.5.6 g Fe参与反应，导线中转移1.204×1023个电子 B ‹#› 特斯拉汽车所用 松下18650锂离子电池 ‹#› 化学与职业 电池研发人员 电池研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。电池研发人员的工作包括电池构成材料的研制、电池性能的改进和应用的拓展等。以燃料电池为例，研发中需要研究电极、电解质等电池基本构成材料的性质和材料之间的相容性；研究不同类型的电池构成材料在不同用途时对温度、湿度等环境因素的适应性；还要研究使用什么样的电池材料使电池的容量更大；等等。这些研究工作关系着电池的效率、寿命、安全性、适用性和制造成本。在许多科研机构和生产企业中，都有具备着扎实的化学基础的研究人员从事电池研发工作。 ‹#› 下课 ~ 记得复习和做作业 ~ Lavf58.43.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.11 $$