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

新人教版 化学 选择性必修一 第2讲 化学电源 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 教学目标 本节重点 常见化学电源的反应方程式和电极反应式的书写 本节难点 常见化学电源的反应方程式和电极反应式的书写 1.掌握原电池和常见化学电源的反应方程式和电极反应式的书写。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 思考与讨论 生活中电池 干 电 池 纽扣电池 一次电池 铅酸蓄电池 锂离子电池 二次电池 燃料电池 燃料电池 电池优劣的判断标准 比能量 比功率 电池的可储存时间的长短 ［单位：(w·h/kg)，(w·h/L)］ 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 [单位：（W/kg，W/L)] 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小. 一、一次电池（不可再充电的电池、干电池） 1、普通锌锰干电池 电极反应活性物质 电极材料 离子导体 NH4Cl糊 主要反应为： Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH) 正极：2MnO2＋2NH4＋＋2e－===2MnO(OH)+2NH3 P103—6题 负极：Zn 正极：MnO2 负极：Zn 正极：石墨棒 普通锌锰干电池长期占据市场，但现在逐渐被替代的可能原因。 Zn 石墨棒 NH4Cl MnO2 NH4Cl A 缺点：电解质氯化氨为酸性，会与锌筒反应。 发生自放电电池膨胀及漏液现象。 干电池漏液 优点：结构简单、价格低廉。 1.碱性锌锰电池 负极： Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2 正极： 2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH- 氢氧化氧锰 正极: ; 负极： ; 电解质: 。 MnO2 Zn粉 KOH 总反应： 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，广泛应用于手电筒，钟表，计算器等。 缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵 新知学习 二、一次电池 7 2.银锌（纽扣）电池 正极: ; 负极： ; 电解质溶液: 。 Zn－2e-＋2OH－＝Zn(OH)2 Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－ Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 KOH溶液 Ag2O Zn 负极: 正极: 总反应式: 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。 知识拓展 8 锂 8Li－8e－===8Li＋ 3SOCl2＋8e－===2S＋SO3 2- ＋6Cl－ 必须在无水、无氧的条件下组装锂金属电池，原因是构成电池的两个主要成份Li能和氧气水反应，且SOCl2也与水反应，可用于心脏起搏器。 3、锂电池（无水环境） 知识拓展 正极: ; 负极： ; 电解质溶液: 。 负极: 正极: 总反应式: MnO2 LiAlCl4－SOCl2 8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S 二、二次电池 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 正极： PbO2 负极：Pb 电解质溶液：稀硫酸 负极：Pb + SO42- －2e- == PbSO4 正极：PbO2 +4H+ + SO42- +2e- == PbSO4 +2H2O 1、铅酸蓄电池 总反应： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 铅蓄电池优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉 缺点：比能量低、笨重 锂电池有什么不足吗？ 金属Li 锂枝晶 资料 锂电池充电过程中，锂金属表面会逐渐析出尖锐的锂枝晶，有可能穿透正负极之间的隔膜，造成电池内部短路，引发电池自燃，造成爆炸。 增加隔膜的强度 抑制或阻碍 锂枝晶的形成 约翰·古迪纳夫发现了LiCoO2等一系列正极材料，减少了枝晶短路的可能，进而大幅提升锂电池的稳定性 。 2019年诺贝尔化学奖得主 2019诺贝尔化学奖得主 吉野彰将碳基材料用作负极，依旧用钴酸锂做正极，并采用聚乙烯或聚丙烯为隔膜，LiClO4的碳酸丙烯酯液为电解质溶液。确立了现代锂离子电池的基本框架。 (二) 二次电池 1、铅蓄电池 ① 放电过程： Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正极： PbO2 + 4H++SO42- +2e- =PbSO4 +2H2O 氧化反应 还原反应 负极： 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： 阳极： 氧化反应 2PbSO4 +2H2O -2e- =PbO2+ 4H+ + SO42— Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l) 放电 充电 思考：放电过程和充电过程的电极方程有什么关系？ 2.锂离子电池 负极材料 正极材料 放电时的总反应： LixCy + Li1-xCoO2 LiCoO2 + Cy 负极： 正极： （脱嵌和嵌入电池） LixCy－xe－===xLi＋＋Cy Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 化合价变化： 以嵌入或脱嵌的正负化合价数来定升降 有机物参与反应的化合价变化： 苯生成氯苯的化合价变化情况为？ 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的化学电源。 2.两极材料：惰性材料（Pt），只具导电性。 1.反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。 3.两极判断： 通入燃料气的一极 通入O2或空气的一极 4.优点：能量转换率高(超过80%)；污染小；绿色发电站 负极 正极 三、燃料电池 （一）氢氧燃料电池： 负极：2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O 正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 2、 (-)H2 | OH- | O2(+) 碱性介质 1、(-)H2 | H+ | O2(+) 酸性介质 负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 3、 (-)H2 | O2- | O2(+) 固体氧化锆—氧化钇介质 正极 -: 2H2 - 4e- + 2O2- = 2H2O +: O2 + 4e- = 2O2- 总：2H2 + O2 = 2H2O 负极 负极 正极 4、 (-)H2 |CO32- | O2(+) 固体碳酸盐介质 -: 2H2 - 4e- + 2CO32- = 2CO2 + 2H2O +: O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32- 总：2H2 + O2 = 2H2O 氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结 （二）甲烷燃料电池： 1、(-)CH4 | H+ | O2(+) 酸性介质 负极：CH4＋2H2O－8e－ ====＋ 8H+ 正极：2O2＋ 8H+＋8e－ ==== 4H2O 总反应：CH4＋2O2 ==== CO2＋2H2O 2、 (-)CH4 | OH- | O2(+) 碱性介质 负极：CH4＋10OH－－8e－ ==== CO32－＋7H2O 正极：2O2＋4H2O＋8e－ ==== 8OH－ 总反应：CH4＋2O2＋2KOH ==== K2CO3＋3H2O （三） 甲醇燃料电池（电解质:KOH） 正极:3O2+6H2O+12e- === 12OH- 负极:2CH3OH+16OH--12e- === 2CO32- +12H2O 总反应:2CH3OH+3O2+4KOH === 2K2CO3+6H2O （四） 肼（N2H4）燃料电池（电解质:KOH） 正极:O2+2H2O+4e- === 4OH- 负极:N2H4+4OH--4e- === N2↑+4H2O 总反应:N2H4+O2 === N2+2H2O 知识拓展 (3)能量转换 理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，且能量转化率超高。其电能的转化率超过80％，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。 2.燃料电池电极反应式的书写方法 例：C2H5OH燃料电池电极反应式的书写： 负极： C2H5OH －12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋ (1)酸性电解质： (2)碱性电解质： (3)熔融Na2CO3电解质： (4)熔融氧化物电解质： 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极 负极 负极：C2H5OH－12e－＋16OH－==2CO＋11H2O 正极： O2＋4e－＋2H2O==4OH－ 正极： O2＋4e－＋4H＋===2H2O 负极：C2H5OH－12e－＋6CO===8CO2＋3H2O 正极： O2＋4e－＋2CO2===2CO 负极：C2H5OH－12e－＋6O2－===2CO2＋3H2O 正极： O2＋4e－===2O2－ $$