4.1原电池 课件 2023-2024学年上学期高二化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 第2课时 化学电源 1 学习目标 1、了解化学电源的种类，优缺点及适用范围。 2、掌握一次电池、二次电池、燃料电池构造、工作原理。(重点) 3、掌握原电池电极方程式及总反应方程式的书写。(难点) 2 【阅读思考】阅读教材p98，思考下列问题。 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小。 ③电池可储存时间的长短。 【问题1】化学电源可以分为哪几类？ 【问题2】与其他能源相比，电池有哪些有优点？ 【问题3】化学电池优劣的主要标准。 单位W·h·kg-1或W·h·L-1。 单位是W·kg-1或W·L-1。 一次电池、二次电池 、燃料电池 方便携带、易于维护、能量转化效率较高，供能稳定可靠，可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组等 思考·讨论 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 【阅读思考】阅读教材p98，思考下列问题。 【问题4】一次电池的概念 【问题5】以及常见的一次电池有哪些？ 【问题6】一次电池的优点和缺点。 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 优点：结构简单、价格低廉； 缺点：会发生自放电，不能长期放置。 普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池 思考·讨论 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 新知探究 一、一次电池 1.普通锌锰干电池 【资料卡片】普通锌锰干电池是最早进入市场的实用干电池。因其电解质溶液用淀粉糊固定化，称为干电池。 普通锌锰干电池放电时发生的主要反应为： Zn+2NH4Cl+2MnO2 === Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH) 结合资料和示意图分析：电极反应中的还原剂和氧化剂、电极材料、离子导体；写出正、负极电极反应式。 电极反应物 电极材料 电解质溶液 正极反应式 负极反应式 总反应式 负极：Zn 正极： MnO2 负极：Zn 正极：石墨棒 NH4Cl糊 Zn+2NH4Cl+2MnO2＝Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH) Zn－2e－＋2NH3＝Zn(NH3)2 2＋ 2MnO2＋2NH4＋＋2e－＝2MnO(OH) ＋2NH3 优点：结构简单、价格低廉。 缺点：容易漏液（锌外壳变薄） 糊状NH4Cl显酸性 结合资料和示意图，分析下列原电池的正负极，写出正、负极电极反应式。 电极反应物 电极材料 电解质 正极反应式 负极反应式 总反应 负极：Zn 正极： MnO2 KOH 负极：Zn 正极：石墨棒 MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 新知探究 一、一次电池 2.碱性锌锰干电池 【资料卡片】已知该电池总反应为： Zn+2MnO2+2H2O === 2MnO(OH)+Zn(OH)2 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：只能一次使用，不能充电；价格较贵 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 分析下列原电池的正负极，写出正、负极电极反应式。 电极反应物 电极材料 电解质 正极反应式 负极反应式 总反应 Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ 负极：Zn 正极： Ag2O 负极：Zn 正极： Ag2O KOH溶液 Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag 新知探究 一、一次电池 3.纽扣式银锌电池 回归教材( 选必1 P119 ） 这种电池能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 【阅读思考】阅读教材p99，思考下列问题。 【问题1】二次电池的概念。 【问题2】以及常见的二次电池有哪些？ 【问题3】铅酸蓄电池的优点和缺点。 又称可充电电池或蓄电池，放电后可再充电而反复使用 ①优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。 ②缺点：比能量低、笨重。 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池；镍氢电池、锂离子电池 思考·讨论 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 1.铅酸蓄电池 根据铅蓄电池放电过程的总反应写出电极反应式。 【资料卡片】铅蓄电池放电时的总反应为： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O PbSO4难溶于水，充电过程与上述过程相反。 负极：Pb + SO42-- 2e- PbSO4 正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- PbSO4 + 2H2O 优点:电压稳定使用方便安全可靠价格低廉 缺点：比能量低、笨重 新知探究 二、二次电池 ①放电过程 ②充电过程 阴极： 阳极： 总反应： 阴极(接负极)： 阳极(接正极)： 还原反应 氧化反应 PbSO4 +2e- =Pb + SO42- PbSO4 -2e- +2H2O = PbO2 + 4H++ SO42- 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 圆柱可充镍氢电池 方形可充镍氢电池 H2 + 2NiOOH 2Ni(OH)2 放电 充电 总反应： 放电 负极： H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O 正极： 2NiOOH +2 e- + 2H2O = 2Ni(OH)2 +2 OH- 充电 阴极： 2H2O +2 e- = H2 + 2OH- 阳极： 2 Ni(OH)2 －2 e- + 2OH-= 2NiOOH +2 H2O 2.镍氢电池 新知探究 二、二次电池 能量密度高；无镉污染，是一种绿色电池；可大电流快速充放电；电池工作电压为1.2V；在小型便携电子器件、电动工具、电动车辆和混合动力车上逐步得到应用。 3. 锂离子电池 以钴酸锂—石墨锂电池为例： Li1-xCoO2 + LixCy LiCoO2 + Cy 放电 充电 负极材料为嵌锂石墨(LixCy)，正极材料为LiCoO2(钴酸锂)，电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水)，其总反应为 新知探究 二、二次电池 ①放电过程 负极： 正极： 总反应： LixCy－xe－===xLi＋＋Cy Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 LixCy + Li1-xCoO2 === LiCoO2 + Cy 锂离子电池中不含有金属态的锂，它是把锂离子嵌入碳（石油焦炭/石墨）中形成负极。 锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。 充电时：Li+由石墨中脱嵌移向正极，嵌入LiCoO2晶体 【阅读思考】阅读教材p100和p101，思考下列问题。 【问题1】燃料电池的概念。 【问题2】分析燃料电池的特点。 一种连续地将燃料（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的化学电源。 思考·讨论 ② 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能。 ③ 能量转化率高(超过80%)，有利于节约能源。 ①电极材料本身不参与氧化还原反应， 只是一个催化转化元件，起传导电子的作用； 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 ①氢氧燃料电池—酸性 以氢氧燃料电池为例 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极： 正极： 2H2 - 4e- ＝ 4H+ O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O 新知探究 三、燃料电池 ②氢氧燃料电池——碱性 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 负极： 2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O ③氢氧燃料电池—固体氧化物 以氢氧燃料电池为例 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极： 正极： 新知探究 三、燃料电池 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 正极： 负极： 高温传导O2- O2 + 4e-= 2O2－ 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O 熔融碳酸盐（能传导CO32—） ④氢氧燃料电池——熔融碳酸盐 一极通入H2，一极通入空气和CO2混合气体，以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质。 O2+2CO2+4e-=2CO32- 2H2+2CO32--4e-=2CO2 +2H2O 燃料电池电极反应式书写的方法 第一步：写出燃料电池反应的总反应式 与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。 第二步：写出电池的正极反应式 一般为氧气得电子，介质不同反应式不同，如： 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－； 第三步：根据总反应和正极反应式，写出负极反应式。 电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。 归纳·总结 燃料电池 熔融碳酸盐（能传导CO32—）：O2+2CO2+4e-=2CO32- 1．镍­镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达10～15年。其总反应为Cd＋2NiO（OH）＋2H2O ===2Ni（OH）2＋Cd（OH）2。下列说法不正确的是（　　） A．放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2B．充电时，正极反应为Ni（OH）2－e－＋OH－===NiO（OH）＋H2O C．电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小 D．该电池充电时将电能转化为化学能 C 放电 充电 课堂·练习 第 页 2．甲醇－空气燃料电池（DMFC）是一种高效、轻污染的车载电池，其工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是（　　） A．该装置能将电能转化为化学能 B．电流由乙电极经导线流向甲电极 C.负极的电极反应式为：CH3OH＋6OH－－6e－===CO2＋5H2O D．b口通入空气，c口通入甲醇 B 课堂·练习 第 页 $$