4.1.2 化学电源 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

原电池 双液电池 单液电池 氧化还原 反应 负极： 正极： 负极： 正极： 电极材料 离子导体 电子导体 双液原电池解决了电池自损耗的问题 正极：铜片; 负极：锌片 正极：铜片;负极：锌片 ZnSO4溶液、盐桥、CuSO4溶液 CuSO4 溶液 导线 导线 1 人教版化学选择性必修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 一、一次电池 一次电池是放电后不可充电的电池。 普通锌锰干电池 碱性干电池 银锌电池 任务一 认识普通锌锰干电池 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。 构造示意图 结合资料和示意图分析：电极反应中的还原剂和氧化剂、电极材料和离子导体。 资料： 普通锌锰干电池放电时发生的主要反应为： Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3↑+H2O 负极(Zn): Zn - 2e- = Zn2+ 正极(C)： 2MnO2 + 2NH4++2e- = Mn2O3+ 2NH3↑+H2O 任务一 认识普通锌锰干电池 电极反应 活性物质 负极：Zn 正极：MnO2 电极材料 负极：Zn 正极：石墨棒 离子导体 NH4Cl和ZnCl2混合物 构造示意图 分析普通锌锰干电池长期占据市场和现在逐渐被替代的原因。 单液电池 任务一 认识普通锌锰干电池 构造示意图 优点：结构简单、价格低廉 缺点：会发生自放电 放置不同时间后的 普通锌锰干电池 放置不同时间后的 普通锌锰干电池 容量高，能大电流连续放电，还具有优良的低温性能、储存性能和防漏性能。 碱性锌锰干电池 任务二 认识碱性锌锰干电池 负极： 正极： 总反应： 任务二 认识碱性锌锰干电池 构造示意图 结合资料和示意图分析： 1.分析各部分的作用， 画出工作原理示意图； 2.写出电极反应式。 资料：已知该电池发生的主要反应为： 任务二 认识碱性锌锰干电池 负极： 正极： 总反应： 任务二 认识碱性锌锰干电池 构造示意图 电极反应 活性物质 负极：Zn 正极：MnO2 电极材料 负极：铜针 正极：金属外壳 离子导体 KOH、离子型导电隔膜 任务二 认识碱性锌锰干电池 构造示意图 构造示意图 任务二 认识碱性锌锰干电池 阅读资料，找出能使碱性锌锰干电池产生大电流和高电压的设计。 资料： ①碱性干电池增大了正负极间的相对面积，用高导电性的氢氧化钾溶液 代替氯化铵、氯化锌溶液，锌也变成粉末状，同时采用了反应活性更 高的电解二氧化锰粉； ②电流是单位时间内通过横截面的电量。 改进方式 改进目的 改进效果 电极活性物质 锌粉、 高活性电解MnO2 电极材料 增大相对面积 离子导体 高导电性的 KOH溶液 加快反应速率 减小电池内阻 高电压 大电流 化学电源——原电池原理+工艺控制 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 电极: Zn为负极，Ag2O为正极 电解液: KOH溶液 负极:Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2 正极:Ag2O ＋2e- ＋H2O＝2Ag＋2OH－ 总反应：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag 任务三 认识锌银电池 二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以在充电而反复使用的电池。 二、二次电池 任务四 认识铅蓄电池 铅蓄电池优点： 电压稳定 使用方便 安全可靠 价格低廉 构造示意图 任务四 认识铅蓄电池 根据铅蓄电池放电过程的总反应写出电极反应式。 资料：铅蓄电池放电时的总反应方程式为： PbSO4难溶于水。 充电过程与上述过程相反。 负极： 正极： 总反应： 任务四 认识铅蓄电池 目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以 循环转化，实现电池重复使用。 负极 铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面，分析这样设计的目的。 正极 负极：Cd 正极： NiO(OH) 电解质溶液： KOH 负极： Cd + 2OH- - 2e- = Cd(OH)2 正极： 2NiO(OH)+ 2H2O + 2e- = 2Ni(OH)2 + 2OH- 总反应： Cd ＋2NiO(OH)+ 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 放电 充电 放电时电极反应： 任务五 镍镉碱性蓄电池 任务六 设计连续工作的电池 利用下面反应，设计能连续提供电能的原电池。 实验用品：H2、O2、稀硫酸、石墨棒、试管、U形管、导管、 导线、电流表等。 绘制实验装置图，并思考： ①电池中的电极反应是什么？ ②装置是如何实现连续工作的？ 负极： 正极： 任务六 设计连续工作的电池 由于燃料和氧化剂连续地由外部提供并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，因此可以实现连续供电。 实验验证 增大接触面积 使用催化剂 任务六 设计连续工作的电池 思考：如何使气体反应物快速、充分的反应？ 任务六 设计连续工作的电池 氢氧燃料电池 工作示意图 介质 电池反应： 2H2 +O2 = 2H2O 酸性 负极 正极 碱性 负极 正极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 任务六 设计连续工作的电池 氢氧燃料电池汽车 能连续不断地提供电能 三、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化为电能的化学电源。 能量转化率超80% 绿色发电装置 燃料电池的特点： ①燃料和氧化剂连续地由外部供给，生成物不断地被排出， 可以连续不断地提供电能； ②电池内部的电极材料和离子导体在工作过程中不发生改变， 使燃料电池可以持续地工作。 (2)如把KOH溶液改为H2SO4溶液作电解液，电极反应为: 负极______________，正极: 。 例1. 氢氧燃料电池，电极材料为多孔铂电极，其电池总反应为：2H2+O2=2H2O，电解液为KOH溶液。 (1)该电池负极应通入 气，正极通入 气， 电极反应为:负极 ， 正极 。 氢 氧 H2 - 2e-+2OH- =2H2O O2 + 4e- +2H2O=4OH- O2 + 4e- +4H+=2H2O H2-2e- =2H+ (3)如果利用高温熔融金属氧化物做电解质(O2-导电) 负极： __________________ 正极: __________________ 总反应:__________________ H2-2e-+O2-=H2O O2+4e-=2O2- 2H2+O2=2H2O (4)如把H2改为CH4，KOH溶液作电解液，形成燃料电池， 电极反应: 负极______________________________， 正极______________________________， 总反应式： 。 CH4 -8e- +10 OH- =CO32-+7H2O O2 +4e- +2H2O =4OH- CH4+2OH-+2O2＝ CO32 -+3H2O （5）熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气体作为正极助燃气；完成有关的电池反应式。 负极反应式： _______________________。 正极反应式：_______________________。 总电池反应式：_____________________。 O2+4e-+2CO2=2CO32- 2CO+O2=2CO2 2CO - 4e-＋2CO32-＝4CO2 锂电池（Lithium battery）是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。锂离子电池是可以充电的。 4. 锂离子电池 优点：质轻、高比能量、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、使用寿命长，广泛应用于军事和航空领域。 负极：Li-e-=Li+ 负极：Li，正极可以是：CuO、FeS2 、MnO2 、C等 （1）b a （2）MnO2+e—+Li+=LiMnO2 （3）否 电极Li是活泼金属，能与水反应 锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2），导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋xLi＋＋xe－=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件为给出）。 （5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_____________________。 原电池： （－） LixC6－xe－=6C＋xLi＋ （＋） Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2 总：LixC6＋ Li1－xCoO2=6C＋LiCoO2 锂离子电池 －： LixCy－xe－ = Cy ＋ xLi＋ ＋： Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2 总：LixCy＋ Li1－xCoO2=Cy＋LiCoO2 锂离子电池 常见锂离子电池正极材料： LiMO2（M=Co、Ni、Mn 等） LiM2O4 （M=Co、Ni、Mn 等） LiMPO4（ M=Fe 等） 例如：LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn1-x-yNiyCoxO2 LiMn2O4 LiFePO4 电池类型 原 理 工艺及目的 一次电池 原电池原理 加入隔膜分隔氧化剂和还原剂，减少电池自损耗 二次电池 原电池原理 和电解池原理 将相关活性物质富集在电极材料表面，实现物质循环转化。 燃料电池 原电池原理 燃料和氧化剂连续由外部提供，保持电极材料和离子导体稳定，能够实现连续工作。 归纳总结 重视废旧电池的回收利用，减少环境污染，节约资源。 普通干电池 二次电池 …… 碱性干电池 有巨大研究潜力的电池 用废纸发电的生物电池 理论上计算： 一张A4纸可产生的电力大约相当于6节5号电池的电量 新型柔性电池 $