4.1.2 化学电源 同步教学课件 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 第一节 原电池 课时2 化学电源 亮亮图文旗舰店 https://liangliangtuwen.tmall.com 课堂导入 化学电池放电到一定程度，电能会减弱，有些经充电复原又可以使用，这样的电池叫蓄电池(二次电池或可充电电池)，有的不能充电复原，称为原电池(一次电池或干电池)，还有的通入燃料即可直接转化成电能，称为燃料电池。 课堂学习 普通锌锰电池的构造如右图所示，你能分析该原电池的工作原理吗？ 一次电池 锌筒为负极，电极反应：Zn - 2e- = Zn2+； 石墨棒为正极，被还原的物质为二氧化锰； NH4Cl糊为电解质溶液。 普通锌锰电池由于会发生自放电，且电解质氯化氨为酸性，会腐蚀电池的锌筒且反应有氢气生成，易造成电池膨胀及漏液现象等原因而逐渐被取代。 电池反应：Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 = Zn(NH3)2Cl2 + 2MnO(OH)。 课堂学习 与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池更换了KOH为电解质，不再有酸性环境，避免了锌的腐蚀，提升了电池的安全性。同时，碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，比能量和可储存时间均有所提高。 一次电池 锌为负极，电极反应：Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2 MnO2为正极，电极反应：2MnO2 + 2H2O + 2e- = 2MnO(OH) + 2OH- 电池反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2 比能量指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。 比功率指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。 课堂学习 一次电池 碱性干电池增大了正负极间的相对面积，用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液，锌变成粉末状，同时采用反应活性更高的二氧化锰粉，所以碱性锌锰干电池产生大电流和高电压。 课堂学习 一次电池 银锌纽扣电池的优点是比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，广泛应用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。 Zn为负极，Ag2O为正极 电解液：KOH溶液 负极：Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极：Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH- 总反应式： Zn + Ag2O + H2O = 2Ag + Zn(OH)2 课堂学习 二次电池 二次电池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。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，优点是电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉。 负极电极反应：Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 正极电极反应：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面，目的是使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充放电时可以循环转化，实现电池重复使用。 课堂学习 二次电池 锂电池——电解液为有机溶剂(无水)的优点是质量小、体积小、储存和输出能量大，广泛应用于便携式电子设备(如智能手机、笔记本电脑等)、交通工具(如电动汽车、电动自行车等)、大型储能电站等。 负极材料为Li(嵌锂石墨)：LixCy - xe- = xLi+ + Cy 正极：LiCoO2(钴酸锂)：Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- = LiCoO2 电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液 总反应表示为：LixCy + Li1-xCoO2 = LiCoO2 + Cy 课堂学习 燃料电池 2022北京冬奥会的成功举办，北京市由此成为世界上的首座双奥之城，而对于汽车行业来说，北京冬奥则成为世界奥林匹克历史上，首次大规模应用新能源车型(氢燃料电池车)的一届盛会。 燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 燃料和氧化剂连续的由外部供给，生成物不断地被排出，可以连续不断地提供电能； 电池内部的电极材料和离子导体在工作过程中不发生改变，使燃料电池可以持续工作。 课堂学习 氢氧燃料电池，以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂(吸附效果更好)作电极材料，电解质溶液可以是酸性，也可以是碱性。 燃料电池 酸性时，H+通过质子交换膜右移。 负极(pH↓)：H2 - 2e- = 2H+ 正极(pH↑)：1/2O2 + 2H+ + 2e- = H2O 总反应：H2 + 1/2O2 = H2O 碱性时，应改用阴离子交换膜。 负极(pH↓)：H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O 正极(pH↑)：1/2O2 + H2O + 2e- = 2OH- 总反应：H2 + 1/2O2 = H2O 除了氢气，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体均可作燃料电池的燃料。燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过80％，远远高于转化率仅30％多的火力发电，大大提高了能源的利用率。 课堂学习 燃料电池 甲烷 (CH4) 肼(N2H4) 甲醇(CH3OH) 氨(NH3) 思考酸性(碱性)条件下，甲烷作为燃料时的电极反应式？ 电解质溶液呈酸性(H2SO4) 负极(pH↓)：CH4 - 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+ 正极(pH↑)：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 总反应：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 电解质溶液呈碱性(KOH) 负极(pH↓)：CH4 - 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O 正极(pH↑)：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O 课堂学习 燃料电池 固体氧化物燃料电池一般采用固体氧化物为电解质(ZrO2/Y2O3)，固体氧化物在高温下具有传递O2-的能力，在电池中起传递O2-和分离燃料和氧化剂的作用。 课堂学习 燃料电池 燃料为氢气时 负极：H2 - 2e- + O2- = H2O 正极：O2 + 4e- = 2O2- 总反应：H2 + 1/2O2 = H2O 燃料为甲烷时 正极：O2 + 4e- = 2O2- 负极：CH4 - 8e- + 4O2- = CO2 + 2H2O 燃料为乙烯时 正极：O2 + 4e- = 2O2- 负极：C2H4 - 12e- + 6O2- = 2CO2 + 2H2O 课堂学习 燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池，其电解质是熔融态碳酸盐。 燃料为氢气时 负极：H2 + CO32- - 2e- = CO2 + H2O 正极：O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32- 总反应：H2 + 1/2O2 = H2O 燃料为甲烷时 正极：O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32- 负极：CH4 - 8e- + 4CO32- = 5CO2 + 2H2O 课堂学习 燃料电池 书写电极反应式应注意以下几点： 电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则(如“拆”、“平”)； 将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应； 负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在)； 溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-。 书写燃料电池的电极反应式和总反应式的步骤： 写出燃烧反应的化学方程式； 根据电解液改写燃料电池总反应； 写出正极的电极反应式(一般较简单)； 由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。 课堂学习 燃料电池 柔性电池是一种可以弯曲和扭曲的电池，相比传统的刚性电池，柔性电池在设计和使用上提供了更多的灵活性，可应用于医疗设备、生物医学传感器、柔性显示器和智能手表等。 柔性电池的制作材料和技术各不相同，常见的包括锂离子电池、固态电池、有机电池等。这些电池通常由薄膜材料构成，可通过印刷、涂布、挤出等方法制造。 质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是 (　　)  A．通入氧气的电极发生氧化反应 B．通入氢气的电极为正极 C．导电离子为质子，且在电池内部由正极 定向移动至负极 D．正极的电极反应式为O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 课堂巩固 D 我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是 (　　) A．电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极 B．水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替 C．电池总反应为2Li + 2H2O = 2LiOH + H2↑ D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气 课堂巩固 B 课堂小结 谢谢观看 THANKS 亮亮图文旗舰店 https://liangliangtuwen.tmall.com 20 Traveling Light Joel Hanson Traveling Light, track 1 Other 208783.17 XXX - 163 key(Don't modify):L64FU3W4YxX3ZFTmbZ+8/TWA8gDlYn/6k9D9xIGo8WXAZ2QiReq2dElL2Uype/05125txy+290yas1na7fVnhLNI+TRhJ61mPhQ1c9cVRJh2tcPYpsqK//UpSWshiZeqtOF5yXaMvFmZLtNMPmHEmWm5zXCbrAgPrcwUiXRZDfBSjdG7+PZv7n9jmrmmXjQNRN7cKgWMidXn/sXnSCWlbL4OWWRI0MBVM5M6UmSUfd5QL+2EbGGtlVDyf6a3kWlh0LVau7yMZUcFzrdeTIrpSoBphMBpsXvzNeBTWAEoolH+2NNQ5qjYw2Ehhy2hVDLv3ktDcgTMGFT2jUCNSlV8bgfzS0LMEGUm8HMdJ2VEZeYIQkVSAVX2yUn/tNcrWGU20lDWCql1jdByW0uuVqLcw1pO4+/9BtqUHjnMYmjcswHCOUm+418eufzpVOdj7Xm47yxOOXjIJXEOCqdGBZQ6bBFwfBf2be2ISzvN7pF2sRM= $$