第1节 第3课时 化学电源（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高一化学同步精品课堂（人教版2019必修第二册）

第一节 化学反应与热能 课时3 化学电源 人教版2019必修第二册 第六章 化学反应与能量 素养目标 宏观辨识与微观探析： 从宏观上认识知道常见的一次电池，二次电池，知道常见的燃料电池，如氢氧燃料电池，会写电极反应式。 证据推理与模型认知： 能根据原电池的工作原理及构成条件，设计简单的原电池，形成分析原电池正负极、电极反应式、电子（流）流向等相关知识的认知模型。 科学探究与创新意识： 通过观察现象、原理分析，判断原电池的正极、负极，正确书写简单原电池的电极反应式，了解常见的化学电源，感受化学能转化为电能的奇妙。 教学目标 本节重点 电极反应式的书写 本节难点 电极反应式的书写 1.会判断原电池的正极、负极，能正确书写简单原电池的电极反应式 2.了解常见的化学电源，感受化学能转化为电能的奇妙。 新课导入 你知道吗？ 玩具盐水动力车，电是从哪来的？食盐水中发生了什么反应？ 盐水电池反应原理如何？ 无处不在的电池 化学电源 壹 电极反应式的书写 贰 知识导航 课堂思考 请你说说！ 无处不在的电池！ 普通干电池 手机电池 钮扣电池 笔记本电脑专用电池 心脏起搏器电池 氢氧燃料电池 01 化学电源 新课导入 你知道吗？ 你知道电池的发展史吗? 一、化学电源 课堂探究 认识了解 探究学习 1799年伏达用锌片、浸盐水的湿布、银片依次重叠起来，创制了最早的获得连续电流的伏达电堆。 人类历史上的第一块电池--伏打电池 9 课堂探究 一、化学电源 认识了解 探究学习 1.一次电池 电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行) 负极（锌筒）：Zn – 2e- = Zn2+ 氧化反应 正极（石墨棒）：MnO2 得电子 还原反应 锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。 课堂思考 请你思考！ 一次电池存在什么问题？如何改进？ 优点：结构简单、价格低廉。 缺点：会发生自放电, 不同时间后的普通锌锰干电池. 电压随着使用时间延长而下降 因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”，也即二次电池。 当电池使用一段使电压下降时，可以给它通以反向电流，使电池电压回升。 课堂探究 一、化学电源 难点理解 探究学习 2.二次电池(充电电池) 放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态,从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为电能）的循环。 课堂探究 难点理解 一、化学电源 探究学习 2.二次电池(充电电池) ①铅蓄电池 课堂探究 难点理解 一、化学电源 探究学习 2.二次电池(充电电池) ①铅蓄电池 负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O 正极：PbO2 负极：Pb 电解质：H2SO4溶液 氧化反应 正负极材料 Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 还原反应 课堂探究 一、化学电源 难点理解 探究学习 2.二次电池(充电电池) ②锂电池 负极：Li - e- = Li+ 正极：MnO2 + e- = MnO2- 总反应式：Li + MnO2 = LiMnO2 课堂探究 一、化学电源 难点理解 对比探究 2.二次电池(充电电池) ③锂离子电池 负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6 ) 正极材料：钴酸锂(Li1-xCoO2) 电解液：锂导电有机电解液 正极：  负极：  LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+ Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2 课堂思考 你知道吗？ 你知道冬奥会的氢腾燃料电池汽车吗？ 课堂思考 你知道吗？ 你知道冬奥会的氢腾燃料电池汽车吗？ 发展中的燃料电池 燃料电池是一种将燃料（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电化学反应装置，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。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。 燃料电池的供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领城有广阔的应用前景。 课堂探究 难点理解 一、化学电源 探究学习 3.燃料电池 燃料电池是一种将燃料（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电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点 氢氧燃料电池 课堂探究 难点理解 一、化学电源 探究学习 3.燃料电池 燃料电池是一种将燃料（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电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点 氢氧燃料电池 正极： 负极： 2H2 – 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 电极反应式的书写 典例精讲 【例1】1800年伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电池(也叫伏打电堆)，如下图所示。 观察示意图，思考回答下列问题： (1)负极是：___，电极反应_______________。 (2)正极是：____。 (3)猜测得电子发生还原反应的物质可能是______。 Zn Zn－2e－===Zn2＋ Cu 氧气 02 电极反应式的书写 课堂探究 难点理解 探究学习 1.书写电极反应式的原则——守恒 二、电极反应式的书写 质量守恒，得失电子守恒，电荷守恒 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 正极（石墨）： 2H++2e - = H2 ↑ 总反应: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 ↑ 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu 总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 课堂探究 二、电极反应式的书写 重点理解 探究学习 2.据总方程式书写电极反应式 ⑴列物质 标得失 ⑵看环境 配守恒 ⑶两式加 验总式 正极：找出氧化剂及还原产物 写出“氧化剂＋n e－＝还原产物” 负极：找出还原剂及氧化产物 写出“还原剂－n e－＝氧化产物” 由电荷守恒确定要添加的离子，再据质量守恒，配平其他微粒个数 注意开始生成的氧化产物、还原产物在溶液中能否存在 正、负析电极反应式相加，与总反应式对照验证 复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应 典例精讲 【例2】已知该电池总反应为：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2 碱性锌锰干电池结构 金属外壳 离子型 导电隔膜 Zn粉和 KOH混合物 铜针 MnO2和 KOH混合物 正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O 2MnO(OH) + 2OH- 负极：Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2 总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2 0 +4 +3 +2 课堂探究 二、电极反应式的书写 重点理解 探究学习 3.书写燃料电池电极反应式注意事项 ⑵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）； ⑴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； ⑶水溶液中不存在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-； 课堂探究 二、电极反应式的书写 重点理解 探究学习 3.书写燃料电池电极反应式注意事项 铂或石墨 写出H2SO4为电解质溶液的氢氧燃料电池的总反应式和电极反应式 总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O 负极： 正极： O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O H2 －2e- ＝2H+ 2H2 －4e- ＝4H+ 2H2 －4e- ＝4H+ 写出KOH为电解质溶液的氢氧燃料电池的总反应式和电极反应式 总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O O2 +4e- +2H2O ＝4OH- 负极： 正极： H2 -2e- +2OH- ＝2H2O 2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O 2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O 典例精讲 【例3】写出甲烷燃料电池（CH4-O2-KOH溶液）的电极反应式 CH4 +10OH- －8e- = CO32-+7H2O CH4 + 2O2 +2OH- =3H2O+ CO32- 2O2+8e-+4H2O = 8OH- 负极： 正极： 总反应: 第一步　确定生成物 故CH4的最终产物为CO32-和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 28 典例精讲 【例4】 一种镁－空气电池装置如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。 (1)负极电极反应式___________________________，正极电极反应式________ _______________。 Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (2)电子移动的方向是由___经外电路到___。(填“a”或“b”) (3)电池总反应式为____________________________。 a b 2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2 课堂思考 你知道吗？ 玩具盐水动力车，电是从哪来的？食盐水中发生了什么反应？ “盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg＋O2＋2H2O ＝2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是 A．镁片作为正极 B．食盐水作为电解质溶液 C．电池工作时镁片逐渐被消耗 D．电池工作时实现了化学能向电能的转化 A 课堂小结 31 随堂演练 1.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( ) A.锌外壳是负极，石墨碳棒是正极材料 B.在外电路中电子从碳棒流向锌外壳 C.电流从锌流到碳棒上 D.在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动 A 2.汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是( ) A.Pb是正极 B.PbO2得电子，被氧化 C.负极反应是Pb＋SO42-－2e－===PbSO4 D.电池放电时，溶液的酸性增强 C 32 随堂演练 B 3.如图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的是 A．a极是负极 B．正极的电极反应是：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ C．电子由a通过灯泡流向b D．氢氧燃料电池是环保电池 33 随堂演练 4.某可充电的锂离子电池以Li2Mn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li＋导电固体为电解质。放电时的电池反应为Li＋LiMn2O4＝Li2Mn2O4，列说法不正确的是 A．放电时， LiMn2O4发生氧化反应 B．放电时，正极反应为：Li＋＋ LiMn2O4＋e－＝Li2Mn2O4 C．Li是负极，电极反应为Li－e－＝Li＋ D．锂电池是一种对环境有没有严重污染的绿色电池 A 34 随堂演练 5.铅酸电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总的方程式为： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 按要求回答下列问题： (1)负极材料是____，正极材料是______，电解质溶液是_______。 Pb PbO2 H2SO4 (2)工作时，电解质溶液中的H＋移向___________极。 (3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度_____(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)当铅蓄电池向外电路提供2 mol e－时，理论上负极板的质量增加___ g。 PbO2电(正) 减小 96 35 演示完毕 感谢聆听 分层作业见同课时word https://www.zxxk.com/user/13354804 Lavf57.82.100 Lavf58.12.100 CH4 H4－8e－―→O＋H2O； CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； $$