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

第一节 原电池 第四章 化学反应与电能 第二课时 化学电源 1789年，伽法尼 “生物电” 不同金属 电解质溶液 1799年，伏打发明第一个电池 1836年，丹尼尔改进，“双液电池” 负极材料 电解质 隔膜 正极材料 1887年，赫勒森发明干电池 新课导入 铅蓄电池 干电池 纽扣电池 锂离子电池 燃料电池 锂离子电池 太阳能电池 生活中的电池 2019年度诺贝尔化学奖授予了美国得州大学奥斯汀分校约翰•B•古迪纳夫教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校 M•斯坦利•威廷汉教授和日本化学家吉野彰，以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。他们创造了一个可再充电的世界。 他们将分享900万瑞典克朗（约合人民币647万元）的奖金。 约翰•B•古迪纳夫  M•斯坦利•威廷汉 吉野彰 2019年度诺贝尔化学奖 电 池 原子能电池 将化学能转换成电能的装置 将太阳能转换成电能的装置 将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器转变为电能的装置 化学电池 太阳能电池 化学电源 原电池就属于化学电池 电池的分类 5 将化学能变成电能的装置。广泛应用于移动电话、照相机、计算器、遥控器、汽车、卫星等。 化学电源 化学电池 方便携带、易于维护，能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组。 为什么电池的用途如此广泛呢？ 6 ① 比能量 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 ② 比功率 指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 除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更易满足使用者需求。 化学电源 电池优劣的判断标准 7 化学电池 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 化学电源的分类 8 一次电池 化学电源 (2)常见的一次电池 普通锌锰电池 碱性锌锰电池 锌银电池 (1) 又称干电池，放电后不可再充电，电解质溶液制成胶状，不流动 (3)优点：结构简单、价格低廉； 缺点：会发生自放电，不能长期放置。 化学电源 一次电池 总反应 负极 正极 Zn + 2MnO2 + 2H2O === 2MnO(OH) + Zn(OH)2 Zn + 2OH-﹣2e- === Zn(OH)2 2MnO2 + 2H2O + 2e- === 2MnO(OH) + 2OH- 化学电源 碱性锌锰干电池 已知该电池总反应，请确定电极材料、离子导体并写出电极反应式 氢氧化氧锰 正极: ; 负极： ; 电解质: 。 MnO2 Zn粉 KOH 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 缺点：多数只能一次使用，不能充电； 公众号——杨sir化学 小杨老师 15521324728 侵权必究 11 总反应 负极 正极 Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag Zn + 2OH-﹣2e- = Zn(OH)2 Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH- 化学电源 纽扣式锌银电池 优点：比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。 正极: ; 负极： ; 电解质: 。 Ag2O Zn KOH 二次电池 化学电源 放电后可以再充电使活性物质获得再生的电池。这种充电电池属于二次电池，也叫充电电池或蓄电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。 化学电源 二次电池 化学电源 铅酸蓄电池 正极: ; 负极： ; 电解质: 。 PbO2 Pb H2SO4 铅酸电池由两组栅状电极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质溶液为H2SO4溶液。 构造： 总反应： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb -2e- + SO42- =PbSO4 正极： PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O 氧化反应 还原反应 负极： ①放电过程: 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程 ②充电过程： PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 还原反应 阴极(接负极)： 阳极(接正极)： PbSO4 -2e- +2H2O = PbO2 + 4H++ SO42- 氧化反应 总反应： 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 充放电过程： Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电 充电 正接正，负接负 化学电源 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。 铅蓄电池的构造 缺点： 优点： 比能量低、笨重、废弃电池污染环境 化学电源 燃料电池 化学电源 连续地将燃料（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，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。 化学电源 燃料电池 电解质 H2SO4溶液 总反应 负极   正极   2H2 + O2 = 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 化学电源 氢氧燃料电池（酸性介质） 电解质 KOH溶液 总反应 负极   正极   2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 化学电源 氢氧燃料电池（碱性介质） 2H2 + O2 = 2H2O 电解质 H2SO4溶液 总反应 负极   正极   CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+ 2O2＋8H＋＋8e－ = 4H2O 化学电源 甲烷燃料电池（酸性介质） H2SO4溶液 CH4＋2O2 = CO2＋2H2O 电解质 KOH溶液 总反应 负极   正极   CH4 - 8e- + 10OH- =CO32- +7H2O 2O2 + 4H2O +8e- = 8OH- 化学电源 甲烷燃料电池（碱性介质） CH4 +2O2 + 2OH- = CO32- +3H2O 正极: 负极: 总反应: 化学电源 甲醇燃料电池（碱性介质） 2CH3OH+3O2+4OH- = 2CO32-+6H2O 3O2+6H2O+12e- = 12OH- 2CH3OH+16OH--12e- = 2CO32- +12H2O 正极: 负极: 总反应: 甲醇燃料电池（酸性介质） 2CH3OH+3O2 = 2CO2+4H2O 3O2+12e-+12H+ = 6H2O 2CH3OH-12e- +2H2O= 2CO2 +12H+ 1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。 负极：4Al-12e-+12OH- ＝4Al(OH)3 正极：3O2+12e-+6H2O ＝12OH- 总反应式：4A1+3O2+6H2O＝4Al(OH)3 化学电源 铝-空气-海水电池 根据电池总反应或图示准确确定电池的 ， 结合介质，确定正负极 及 ； 根据 确定的得失电子数； 结合介质并依据 守恒配平电极反应式。 检查是否满足元素守恒、电荷守恒等。 正负极 反应物 产物 化合价变化 电荷 化学电源 书写电极反应式的一般思路 26 复杂电极反应式 总反应式 较简单一极的电极反应式 = - 下图中a为镁片，b为铝片，试着书写电池反应以及正极与负极反应 负极： 正极： 电池反应：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2 -+3H2↑ 6H2O+6e-=3H2↑+6OH- 2Al-6e-+8OH- = 2AlO2 -+4H2O 化学电源 复杂电极反应式的书写（加减法） 27 下列说法错误的是（ ） A.化学电池是将化学能转化为电能的装置 B.化学电池中电解质溶液的作用是传递电子 C.碱性锌锰电池以锌作负极，KOH为电解质 D.铅蓄电他是一种二次电池，以PbO2作正极 B 对点练习 利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。则下列说法正确的是（ ） ①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- ②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O ③负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH- ④电池放电后，溶液pH不断升高 A．①② B．①③ C．①④ D．③④ A 对点练习 对点练习 如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是 A．铅蓄电池充电时电能转化为化学能 B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板 C．电池工作时，H＋移向PbO2板 D．负极反应：Pb＋2e-＋SO42- =PbSO4 D 对点练习 B 酒驾行为危害社会安全，交警部门常用酸性燃料电池酒精检测仪对此进行检测。该检测仪的工作原理如图所示，下列说法正确的是 A．电子从呼气的 电极透过质子交换膜，流向通入O2的 Pt 电极 B．负极的电极反应式为 C．该电池工作一段时间后，正极区溶液的 PH 减小 D．每消耗 22.4L O2时，外电路就通过4 mol电子 “重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（ ） A.O2在b极得电子，最终被还原为CO32- B.放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b C.该电池工作时，CO32-经“交换膜2”移向b极 D.H2参与的电极反应为：H2-2e-+CO32- = H2O+CO2 C 对点练习 $$