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2课时 化学电源 (一次电池和二次电池） 第四章　 化学反应与电能 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 常见化学电源 2 一次电池 一次电池（干电池） 放电后不可再充电的电池。 一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。 常见一次电池：有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池。 优点：结构简单、价格低廉 缺点：会发生自放电，不能长期放置 3 一次电池 (普通)锌锰干电池 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 NH4Cl糊 负极：Zn 正极：石墨棒 2MnO2＋2NH4＋＋2e－＝2MnO(OH) ＋2NH3 Zn－2e－＋2NH3＝Zn(NH3)2 2＋＋2NH4＋ Zn+2NH4Cl+2MnO2＝Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH) 【拓展了解】 普通锌锰干电池曾一度长期占据市场，但现在却逐渐被替代，一方面是会发生自放电； 另一方面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。 4 一次电池 如何改进“普通锌锰干电池”，使其避免Zn筒腐蚀漏液 思考1 ①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池； ②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。 (碱性)锌锰干电池 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 pH值增大 5 一次电池 银锌纽扣电池 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 【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。 6 【练习1】微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag2O和Zn， 电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O + Zn = 2Ag + ZnO， 下列说法正确的是 A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低 B．电池工作过程中，电解液中OH-向正极迁移 C．负极发生反应Zn + 2OH- - 2e- = ZnO + H2O D．正极发生反应Ag2O + 2H+ + 2e- = 2Ag + H2O 总反应未消耗KOH，但是耗水，所以浓度增大 +1 0 0 +2 一次电池 C 由学生提出猜想 7 二次电池 二次电池 放电后可以再充电的电池属于二次电池 也叫充电电池或蓄电池 常见二次电池：铅酸蓄电池（汽车上多使用铅蓄电池）、镍氢电池、锂离子电池等 8 二次电池 铅酸蓄电池（放电） 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：Pb 正极： PbO2 稀硫酸 Pb＋PbO2＋2H2SO4 ⇌ 2PbSO4＋2H2O 放电 充电 PbSO4难溶于水 放电一段时间后，负极Pb的质量如何变化？电解液H2SO4浓度如何变化？ 思考2 负极的质量增大（因为生成了硫酸铅附着在负极材料上） 电解液H2SO4浓度减小（因为H+参与了正极反应，被消耗，SO42-生成了硫酸铅，也被消耗） 9 二次电池 如何书写铅酸蓄电池的充电反应？ 思考3 核心思路：充电反应是放电反应的逆过程 铅酸蓄电池（放电） 总反应式 电极材料 阴极反应式 阳极反应式 PbSO4 +2e- = Pb + PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H++ 阴极：与外接电源负极相连 阳极：与外接电源正极相连 Pb＋PbO2＋2H2SO4 ⇌ 2PbSO4＋2H2O 放电 充电 10 【练习3】高铁电池是一种新型可充电电池， 与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。 高铁电池的总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。 回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是　　， 放电时负极的电极反应式为__________________　　　 (2)放电时，正极发生　　　(填“氧化”或“还原”)反应；正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　 　　 　。 放电时，　　(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 Zn+2OH--2e- = Zn(OH)2 还原 Fe+3e-+4H2O = Fe(OH)3+5OH- 正 Zn 二次电池 第一节　原电池 第3课时 化学电源 (燃料电池） 第四章　 化学反应与电能 燃料电池 氢燃料电池车 燃料电池是一种能量转化装置，将燃料的化学能转化为电能。 氢氧燃料电池利用了电解水的逆反应，以C或Pt作为电极材料，实现能量转化。 氢氧燃料电池发热效率高、产物仅为水、可实现完全无污染 资料卡片 注意：燃料电池中，“燃料”并不燃烧，而是作为电极（负极）反应物参与发电 13 燃料电池 · 工作原理 氢氧燃料电池 14 燃料电池 · 工作原理 氢氧燃料电池 电极材料：负极 — Pt；正极 — Pt 电极反应物：负极 — H2；正极 — O2 离子导体：可以为酸性溶液、也可以为碱性溶液 溶液酸/碱性不同 负极反应式也不同 电池反应：2H2 + O2 = 2H2O 反应温度：50℃左右（不点燃） 优点：产物无污染、放电效率高、反应物不储存在电池内部而是由外部通入 “燃料通负极；O2通正极” 与“燃料”的燃烧反应相同，但无燃烧条件 15 燃料电池 · 工作原理 氢氧燃料电池 电池总反应：2H2 + O2 = 2H2O H2SO4(aq) H2 O2 负 正 负极：2H2 - 4e- = 4H+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O NaOH(aq) H2 O2 负 正 负极：2H2 - 4e- +4OH-= 4H2O 正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- (酸性） (碱性） 16 燃料电池 · 工作原理 有机燃料电池 （掌握电极方程书写方法） 书写顺序：先写一剂一产物、再配电子和电荷、氢氧不平水找平 书写技巧：有机物C降价； 酸性溶液中——C变CO2；碱性溶液中——C变CO32- 所有可燃有机物，均可用作为燃料电池的负极，参与发电 例如：甲烷、乙醇、葡萄糖等 电子计算：负极燃料失电子数目—— C4 H1 O-2，N变N2就是0 17 燃料电池 · 工作原理 有机燃料电池 【例1】书写甲烷燃料电池的电极反应方程与电池总反应 用导线连接两个铂电极插入电解质溶液中，向两极分别通入CH4和O2 ① 、H2SO4溶液： ② 、KOH溶液： 负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+ 正极： O2＋4H＋＋4e－ = 2H2O 总反应式： CH4+2O2 = CO2+2H2O 负极： CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O 正极： O2＋2H2O＋4e－ = 4OH－ 总反应式： CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O 18 燃料电池 · 工作原理 有机燃料电池 【例2】书写甲醇燃料电池的电极反应方程与电池总反应 用导线连接两个铂电极插入KOH电解质溶液中，向两极分别通入CH3OH和O2 正极: 3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH- 负极: 2CH3OH + 16OH- - 12e- = 2CO32- + 12H2O 总反应: 2CH3OH + 3O2 + 4OH- = 2CO32- + 6H2O 19 燃料电池 · 工作原理 有机燃料电池 【例3】书写肼燃料电池的电极反应方程与电池总反应 用导线连接两个铂电极插入KOH电解质溶液中，向两极分别通入N2H4和O2 正极: O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 负极: N2H4 + 4OH- - 4e- = N2 + 4H2O 总反应: N2H4 + O2 = N2 + 2H2O 20 Pb＋SO42-－2e－===PbSO4 PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e－ = PbSO4＋2H2O $$