6.1.3 化学电源 课件 -2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 课时3 化学电源 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。 壹 贰 2. 电极反应式的书写 1. 化学电源 知识导航 课堂导入 4 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 知识点1：化学电源 5 化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 定义及特点 例子 化学电池分类 又称不可充电电池或干电池，电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电后就不能再次利用． 又称充电电池或蓄电池，在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用． 一种能连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源． 铅蓄电池、 锌银蓄电池、 镍镉电池、 锂离子电池 氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。 普通锌锰电池、 碱性锌锰电池、 锌银纽扣电池 知识点1：化学电源 6 1、干电池(锌锰电池) 负极：Zn – 2e- = Zn2+ 正极：2NH4+ +2MnO2 + 2e- = 2NH3 + Mn2O3 + H2O 总反应： Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2++2NH3 +Mn2O3 + H2O 锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生胀气或漏液，会导致电器设备的腐蚀。 知识点1：化学电源 7 思考2 锌锰干电池即使不用，放置过久，也会失效(作为电解质的糊状NH4Cl显酸性)，为了充分而有效地利用锌锰干电池，在购买、保存和使用方面你有何经验与建议？请与同学交流分享。 碱性电池 知识点1：化学电源 8 1、干电池(碱性锌锰电池) 电解质：KOH 负极：Zn Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2 正极：MnO2 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH- 电池反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 氢氧化氧锰 知识点1：化学电源 9 2、银-锌电池 总反应式: Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 负极: Zn＋2OH-－2e-＝Zn(OH)2 正极: Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH- 电解液: KOH溶液 这种电池比能量大、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。 知识点1：化学电源 10 3、 铅蓄电池 以平行排列的铅、铅锑合金或铅钙合金栅板为主架，栅格中交替地填充着负极和正极地铅和二氧化铅，电解质为H2SO4溶液。 (1)放电过程 负极：Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正极：PbO2 + 4H++SO42-+2e- =PbSO4 +2H2O 放电过程总反应： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程 知识点1：化学电源 11 3、 铅蓄电池 **(2)充电过程 阴极：PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 阳极：PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H++ SO42- 充电过程总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 铅蓄电池的充放电过程： Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电 充电 优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉 缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境 知识点1：化学电源 12 过程 放电过程 充电过程 负极反应 正极反应 两电极质量 硫酸溶液 能量转换 Pb(铅)→PbSO4(硫酸铅) PbO2→PbSO4 增加 硫酸浓度变小,密度变小 化学能→电能 PbSO4→ PbO2 PbSO4(硫酸铅)→ Pb(铅) 减少 硫酸浓度变大,密度变大 电能→化学能 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电 充电 (白色沉淀) (负极) (正极) (电解液) 知识点1：化学电源 13 4、锂离子电池 电池反应： LiCoO2＋C6 CoO2＋LiC6 知识点1：化学电源 14 5、燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……) 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池 知识点1：化学电源 15 碱性电解质 负极: 2H2-4e-+4OH-==4H2O 正极: O2+2H2O+4e-==4OH- 总反应: 2H2+O2==2H2O (1)氢氧燃料电池 酸性电解质： 负极： 2H2-4e-==4H+ 正极： O2+4H++4e-==2H2O 总反应：2H2+O2==2H2O 知识点1：化学电源 16 (2)、甲烷-氧燃料电池 该电池用金属铂片插入电解质溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气: 碱性介质 负极：CH4 + 10OH- - 8e- ＝ CO32- + 7H2O 正极：2O2 + 4H2O + 8e- ＝ 8OH- 电池总反应式：CH4+2O2+2KOH ＝K2CO3+3H2O 甲烷-氧燃料电池在酸性电解质溶液中的电极反应式 甲醇燃料电池的电极反应式 （电解质为KOH) 思考3 知识点1：化学电源 17 书写电极反应式应注意以下几点 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； 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)； 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-； 知识点1：化学电源 18 (3)固体燃料电池 介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 负极 正极 负极 正极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O O2 + 4e-= 2O2－ 知识点1：化学电源 19 例1、随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( ) A．利用电池外壳的金属材料 B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中石墨电极 例2、(双选)某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe==3Fe2+，不能实现该反应的原电池是( ) A ．正极为Cu 、负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液 B ．正极为C 、负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4) 3溶液 C ．正极为Fe 、负极为Zn，电解质溶液为Fe2(SO4) 3溶液 D ．正极为Ag 、负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液 知识点1：化学电源 20 例3、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是( ) A. 铁圈和银圈左右摇摆不定； B. 保持平衡状态； C. 铁圈向下倾斜； D. 银圈向下倾斜； 例4、一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪， 负极上的反应为CH3CH2OH－4e－+H2O=CH3COOH+4H＋。 下列有关说法正确的是( ) A. 检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B.若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气 C.电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O D.正极上发生的反应是：O2+4e－+2H2O=4OH－ 知识点1：化学电源 21 14、 (双选)氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是： 1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 据此反应判断，下列叙述中正确的是( ) A. 电池放电时，负极周围溶液的c(OH-)不断增大 B. 电池放电时，镍元素被氧化 C. 电池充电时，氢元素被还原 D. 电池放电时，H2是负极 放电 充电 知识点2：电极反应式的书写 22 1.书写电极反应式的原则——守恒 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 知识点2：电极反应式的书写 23 2.据总方程式书写电极反应式 (1)列物质 标得失 (2)看环境 配守恒 (3)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 知识点2：电极反应式的书写 24 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 知识点2：电极反应式的书写 25 3.书写燃料电池电极反应式注意事项 (2)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）； (1)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； (3)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-； 谢谢观看 THANKS $$