4.1.2化学电源 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 原电池 [第一节] 第2课时：化学电源 情境引入 比亚迪磷酸铁锂电池汽车 特斯拉三元锂电池汽车 有人说新能源汽车好不好，关键看电池！ - 磷酸铁锂电池 三元锂电池 标准电压（V） 3.2V 3.7V 能量密度（wh/kg） ＞165wh/kg ＞200wh/kg 高温性能（℃） 800℃ 200℃会发生分解 低温性能（℃） 低温下限仅有-20℃ 低温下限达-30℃ 理论寿命（℃） ＞3500次 2000次左右 输出功率 一般 更高 安全性 高 一般（高温作用下易发生燃烧和爆炸现象） 电池成本 较低（无贵重金属） 较高（含镍、钴、锰等原材料） 比能量 比功率 比电池寿命 1.概念： 化学电源是将化学能变成电能的装置。原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类： 化学电源 一次电池 二次电池 燃料电池 碱性锌锰电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池等 锂离子电池 镍氢电池 普通锌锰干电池 锌银纽扣电池 2.分类 普通干电池 蓄电池 一、一次电池： 放电后不可再充电的电池。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。 优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。 碱性锌锰干电池 活性物质为KOH和淀粉糊作电解质，还填有MnO2和炭黑。 ①构造： ②组成：正极：MnO2 负极：Zn 电解质：KOH溶液 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O 2MnO(OH)＋Zn(OH)2 优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会涨气或漏液。 缺点：多数只能一次使用，不能充电，价格较贵。 ③工作原理： 负极：Zn＋2OH--2e- Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e- 2MnO(OH)＋2OH- 1.锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。 小试牛刀 下列关于原电池和干电池的说法不正确的是（　　）A.两者正极材料不同B. MnO2的放电产物可能是KMnO4C.两者负极反应式均为Zn失电子D.原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象 B 二、二次电池： 放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使活性物质获得再生，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环，也叫充电电池或蓄电池。 铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。 优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉 缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O ①放电过程: 工作原理: 正极：PbO2 +2e- + 4H++SO42- PbSO4 +2H2O 氧化反应 还原反应 铅酸蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程 ②充电过程: 正接正作阳极，负接负作阴极 阴极(接负极)：PbSO4 +2e- Pb + SO42- 负极：Pb-2e- + SO42- PbSO4 阳极(接正极)：PbSO4 -2e- +2H2O PbO2 + 4H++ SO42- 还原反应 氧化反应 总反应：2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+2H2SO4 放电：化学能转化为电能 充电：电能转化为化学能 思考1：铅酸蓄电池在放电一段时间后，正极、负极的质量将如何变化？溶液的pH变化？ 酸蓄电池放电时，正极部分PbO2变为PbSO4，质量 ; 负极部分Pb变为PbSO4，质量 ; 正负极质量都增大 变大 变大 思考2：当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量为 0.5mol 小试牛刀 2.目前常用的镍（Ni）镉电池总反应式可以表示为：Cd+2NiO(OH) +2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2，下列说法正确的是（　　） A.以上反应是可逆反应 B.Cd作负极 C.放电时电能转化为化学能 D.该电池属于一次电池 B 三、燃料电池： 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（常见的燃料除H2外，还有烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、肼(NH2—NH2)等，氧化剂为空气中的氧气或纯氧。 ①结构特点： 电极本身只是催化转化元件，不参与反应 ，但具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等；反应物（燃料和氧化剂）不是储存在电池内部，由外部连续供给；产物不断排出。 ②优点：能连续不断的提供电能。能量转换率高(超过80%，普通的只有30%)，有利于节约能源，排放的废弃物少甚至零排放，绿色环保。 ③缺点：体积较大、附属设备较多 氢氧燃料电池： 氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应。 总反应：2H2＋O2 2H2O + - ①酸性氢氧燃料电池： （-）Pt(H2) | H2SO4 | Pt(O2)（+） 燃料电池电极反应式的写法：总→正→负 总：2H2 + O2 ＝ 2H2O 正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O 负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+ - + ②碱性氢氧燃料电池： （-）Pt(H2) | KOH | Pt(O2)（+） 燃料电池电极反应式的写法：总→正→负 总：2H2 + O2 ＝ 2H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 负极：H2 +2OH-- 2e- = 2H2O 特别提醒：在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH-，碱性条件下不出现H+。 ②氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应 介质 电池总反应：2H2 + O2= 2H2O 酸性 负极 正极 中性 负极 正极 碱性 负极 正极 固体电解质，能传导O2- 负极 正极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- H2 - 2e- +O2-= H2O O2 + 4e- = 2O2- 小试牛刀 3.甲烷燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A.a极为正极B.K+从a极经溶液流向b极C.工作一段时间后，b极附近溶液的pH会减小 D.a极的电极反应为CH4+6OH--8e-=CO32-+5H2O B 1.功能优越的电池 新型心脏起搏器 传统心脏起搏器 1958年10月5日，瑞典的一家医院中，医生为心脏病病人植入了世界上首例埋藏式心脏起搏器，该病人幸运地依赖起搏器使他的生命延续了42年，终年83岁，一生共消耗25台心脏起搏器。 心脏起搏器的电源应该具备什么特点？ 体积小、质量轻、比能量高 展望-新型电池 近日，中国科学院研究团队联合香港理工大学研究团队，成功研制出新型硅—石墨双离子电池，革新柔性储能。 2.有巨大研究潜力的电池 新型柔性电池： 2.有巨大研究潜力的电池 可穿戴技术的未来：印在衣服上的柔性电池 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。 保护环境，人人有责 巩固练习 4.甲醇燃料电池结构示意图如图。甲醇在催化剂作用下提供质子（H+）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O。下列说法不正确的是（　　） A.右电极为电池正极，左电极为电池负极 B.负极反应式为CH3OH+H2O-6e-= CO2+6H+ C. b处通入空气，a处通入甲醇 D.正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH- D 5.氨不仅应用于化肥生产,也可以应用于能源领域，与氢氧燃料电池相比，氨氧燃料电池有其独特优势，某研究小组设计的氨氧燃料电池装置如图，下列有关说法正确的是(　　) A.电极2为负极，发生氧化反应B.电极1的电极反应式为2NH3-6e- =N2+6H+ C.放电过程中溶液中的OH-向正极移动D.标准状况下，2.24 L O2参加反应，转移电子数为0.4NA D $$