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

该高中化学课件聚焦化学电源，系统讲解一次、二次电池及燃料电池的分类、工作原理与电极反应式书写。通过旧知回顾原电池正负极判断及离子电子移动规律，结合生活中锌锰电池、锂离子电池等实例导入新课，搭建新旧知识衔接的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过对比分析不同电池结构与反应（如铅蓄电池充放电规律、氢氧燃料电池不同介质下的电极反应），培养模型建构与证据推理能力。融入电池发展史与环保议题，渗透科学态度与责任，随堂演练针对性强，助力教师高效教学，提升学生解决实际问题的能力。

第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 第二课时 化学电源 教学目标 1.了解常见的化学电源，能运用原电池思维模型分析其工作原理，能用电极反应表示其发生的化学反应，体会变化与守恒思想。 2.了解锌锰电池，铅酸蓄电池，氢燃料电池的结构、工作原理、性能及其应用;会比较电池的优缺点。 3.了解化学电源的发展史，能列举常见的化学电源;能从物质变化和能量变化的角度分新型电池的研发和利用，培养责任意识和创新精神。 4. 能正确书写简单化学电池的电极反应式。 双液原电池的工作原理 内电路：阳（正）离子移向正极，阴（负）离子移向负极。 电子不下水 离子不上岸 旧知回顾 原电池正、负极的判断方法 旧知回顾 新课导入 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 锌银电池—纽扣电池 锂离子电池 燃料电池 铅蓄电池 太阳能电池 化学电源分类 一 一次电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 锌银电池 二次电池 铅酸蓄电池 镍氢电池 锂离子电池 燃料电池 氢氧燃料电池 化学电源分类 一 一次电池：一次电池，也叫做干电池，放电后不可再充电。 1.化学电源的分类 二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可再充电而反复使用 燃料电池：一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 化学电源分类 一 2.化学电源的优点 方便携带、易于维护、能量转化率高、供能稳定可靠，可制成各种形状、大小和容量不同的电池和电池组。 3.化学电源优劣判断方法 （1）比能量：单位质量/体积所能输出电能的多少， 单位是(W·h)/kg或(W·h)/L。 （2）比功率：单位质量/体积所能输出功率的大小， 单位是W/kg或W/L。 （3）电池可储存时间的长短。 电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 负极（锌筒）： 总反应： Zn -2e‾ === Zn2+ 锌筒 石墨棒 MnO2糊 锌锰干电池的结构 NH4Cl糊 电解质溶液： NH4Cl糊 优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。 正极（石墨）： 2MnO2+ 2 +2e- === 2MnOOH+2NH3 Zn+2MnO2+2NH4Cl === 2MnOOH+ZnCl2+2NH3 一次电池（干电池） 一 碱性锌锰干电池 湿的氢氧化钾 NH4Cl糊状 电解液 负极： Zn + 2OH- - 2e- =Zn(OH)2 正极： 2MnO2+2H2O+2e- = 2MnO(OH) + 2OH- 总反应： Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+ 2MnO(OH) 负极：Zn，正极：MnO2， 电解质：KOH溶液 0 +4 +2 +3 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。 一次电池（干电池） 一 银锌纽扣电池 银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH， 负极：Zn＋2OH－－2e－ ==== Zn(OH)2； 正极：Ag2O＋H2O＋2e－ ==== Ag＋2OH－； 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。 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O ==== Zn(OH)2＋2Ag。 根据方程式分析：正负极材料、电解质溶液及书写电极方程式。 一次电池（干电池） 一 负极: Pb 正极：PbO2 电解质：稀硫酸 电池反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 正极： 负极： PbO2+4H++SO42-+2e- = PbSO4+2H2O Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 放电时： 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。 （1）铅蓄电池 Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 还原反应 氧化反应 二次电池 二 二次电池的充放电规律 (1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。 (2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。 拓展延伸 阴极: Pb 阳极：PbO2 电解质：稀硫酸 电池反应：2PbSO4 + 2H2O= Pb + PbO2 + 2H2SO4 阳极： 阴极： PbSO4+2H2O-2e- = PbO2+4H++SO42- PbSO4+ 2e- = Pb +SO42- 充电时： Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 还原反应 氧化反应 充电时,电池正极接电源正极作阳极，电池负极接电源负极作阴极。 放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极； 充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 二次电池 二 (2)镍氢电池 优点：体积小，能量密度高；无镉污染，是一种绿色电池；可大电流快速充放电； H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2 放电 充电 电解质液为KOH溶液， 请写出放电、充电的电极反应式。 正极： 放电 阳极： 阴极： 充电 H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O 2NiOOH +2 e- + 2H2O = 2Ni(OH)2 +2 OH- 2H2O +2 e- = H2 + 2OH- 2 Ni(OH)2 －2 e- + 2OH-= 2NiOOH +2 H2O 负极： 二次电池 二 资料卡片——锂离子电池 放电 充电 Li1－xCoO2+LixCy LiCoO2+Cy 负极反应：LixCy－xe－=xLi++Cy 正极反应：Li1－xCoO2+xe－+xLi+=LiCoO2 阳极反应：LiCoO2－xe－=xLi++Li1－xCoO2 阴极反应：Cy+xe－+xLi+=LixCy 充电 放电 放电时Li+由石墨中脱嵌移向正极，嵌入LiCoO2晶体 充电时Li+从LiCoO2晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中 特点：质量轻、体积小、储存和输出能量大。 放电 充电 LixC6+ Li1-xFePO4 6C+LiFePO4 正极： 放电 阳极： 阴极： 充电 负极： 6C +xLi+ + xe- ＝ LixC6 LiFePO4 － xe-＝Li1-xFePO4 + xLi+ LixC6 － xe- ＝ xLi+ + 6C Li1-xFePO4 + xe- + xLi+ ＝ LiFePO4 磷酸铁锂系锂离子电池： 资料卡片——锂离子电池 燃料电池 二 介质 总反应是 电极方程式 酸性电解质 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极：H2 - 2e- ＝ 2H+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O 碱性电解质 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极：H2 + 2OH- - 2e- ＝ 2H2O 正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 熔融氧化物电解质 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极：H2 - 2e- + O2-＝ H2O 正极：O2 + 4e- ＝2O2- 熔融碳酸盐电解质 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极：H2 - 2e- +CO32-＝ H2O + CO2 正极：O2 + 4e- + 2CO2 ＝2CO32- 1、氢氧燃料电池 (1)判断正、负极反应物质 (2)先写总反应式（考虑电解质溶液） 正极：O2/其他氧化剂 负极：燃料(H2、CH4、CO、C2H5OH等) 2CH3OH + 3O2 + 4OH- == 2CO32- + 6H2O 例：CH3OH燃料电池（酸性电解质）的总反应式 CH3OH燃料电池（碱性电解质）的总反应式 2CH3OH + 3O2 == 2CO2 + 4H2O 四、燃料电池电极反应式的书写步骤 燃料电池总反应方程式与燃烧方程式相同，但要注意燃烧产物是否与电解质溶液反应。 (3)再写正极电极反应式（考虑电解质）： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O O2 + 4e- = 2O2- 例1：氢氧燃料电池（电解质为酸性溶液） 正极: 例2：氢氧燃料电池（电解质为碱性或中性盐溶液） 正极: 例3：氢氧燃料电池（电解质为熔融氧化物） 正极: 例4：氢氧燃料电池（电解质为熔融碳酸盐） 正极: O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32- (4)负极反应式 = 总反应式 - 正极反应式 CH4 － 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O 2. 甲烷燃料电池(电解质为KOH溶液) 1. 甲烷燃料电池(电解质为稀硫酸溶液) 总反应： CH4 + 2O2 + = CO2 + 2H2O 正极： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O 负极： CH4 － 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+ 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH- 总反应： 负极： 正极： （典例讲解） 21 PH会降低，同时因为OH-浓度的改变也会影响电池的效率，所过过一段时间就要通过其他的方法改变一下溶液的PH，保证电池的效率。 21 1、燃料电池不燃烧，不写“点燃”条件 2、电极不参与反应，一般 正负电极 都为 Pt 3、输入燃料的一极为负极，输入O2的一极为正极 4、电解质酸碱性不同，电极反应不同 微提醒 微提醒 燃料电池书写步骤 ①析价态，定正负 ②列物质 ③标得失 ④看环境，配守恒 补项原则：酸性介质（缺H补H+，缺O补H2O） 碱性介质（缺H补H2O，缺O补OH-） 熔融氧化物使用O2- 熔融碳酸盐使用CO32- 燃料电池 二 介质 总反应是 电极方程式 酸性电解质 CH4＋2O2 = CO2＋2H2O 负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+ 正极：2O2＋8H＋＋8e－ = 4H2O 碱性电解质 CH4 +2O2 + 2OH- = CO32- +3H2O 负极：CH4 - 8e- + 10OH- =CO32- +7H2O 正极： 2O2 + 4H2O +8e- = 8OH- 熔融氧化物电解质 CH4＋2O2 = CO2＋2H2O 负极：CH4 - 8e- + 4O2-=CO2+2H2O 正极：O2 +4e- = 2O2- 熔融碳酸盐电解质 CH4＋2O2 = CO2＋2H2O 负极：CH4 - 8e- + 4CO32-=5CO2+2H2O 正极：O2 + 2CO2 +4e- = 2CO32- 2、甲烷燃料电池 燃料电池 二 介质 总反应是 电极方程式 酸性电解质 2CH3OH+3O2 = 2CO2+4H2O 负极：2CH3OH-12e- +2H2O= 2CO2 +12H+ 正极：3O2+12e-+12H+ = 6H2O 碱性电解质 2CH3OH+3O2+4OH- = 2CO32-+6H2O 负极：2CH3OH+16OH--12e- = 2CO32- +12H2O 正极： 3O2+6H2O+12e- = 12OH- 熔融氧化物电解质 2CH3OH+3O2 = 2CO2+4H2O 负极：CH3OH-6e- +3O2-= CO2 +2H2O 正极：O2+4e- = 2O2- 熔融碳酸盐电解质 2CH3OH+3O2 = 2CO2+4H2O 负极：CH3OH-6e- +3CO32-= 4CO2 +2H2O 正极：O2+4e- + 2CO2= 2CO32- 3、甲醇燃料电池 归纳总结 1、燃料电池结构特征及应用 正极—助燃剂（氧气） 电极材料—一般不参加反应，传导电子 原料不断补充、产物不断排出 优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好 用途：宇宙飞船，应用前景广阔 （1）碱性溶液： （2）酸性溶液： （3）能传导O2-的固体介质： （4）熔融碳酸盐介质： O2+4e-+2H2O=4OH- O2+ 4e-+ 4H+=2H2O O2 + 4e-= 2O2－ O2 +4e- +2CO2= 2CO32－ 2、燃料电池中不同介质环境下的正极反应 归纳总结 一次电池 燃料电池 二次电池 放电后不可再充电。 （干电池） 铅蓄电池、锂离子电池等 (可充电电池) 放电后可再充电而反复使用。 可以连续不断地提供电能。 电极反应式 化学电源 课堂小结 28 随堂演练 1.电子表和电子计算器的电源通常用微型银—锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为 Ag2O＋H2O＋Zn=Zn(OH)2＋2Ag。下列说法正确的是( ) A.Ag2O是正极，Zn是负极 B.Zn是正极，Ag2O是负极 C.工作时，电池负极区溶液pH增大 D.工作时，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 A 29 2.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法中不正确的是( ) A．工作时，正极上发生反应的物质是Ag2O B．负极发生的反应是Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 C．工作时，负极区溶液c(OH-)减小 D．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动 D 随堂演练 3．我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A．电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极 B．水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替 C．电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气 B 随堂演练 4．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　) A．有O2参加反应的电极a为电池的负极 B．多孔电极b的电极反应式为H2＋2e－＋O2－===H2O C．多孔电极a的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O D 随堂演练 5．一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．反应CH4＋H2O 3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH-－2e- == 2H2O C．电池工作时，CO32-向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e-==2CO32- D 随堂演练 6. 随着人类环保意识的增强，新能源汽车有了长足的发展，锂离子电池被广泛使用，其充、放电过程就是锂离子的嵌入和脱嵌的过程，电池反应为Li1-xMO2 +C6Li LiMO2 +C6Li1-x (M代表过渡元素，x<1)，其工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ） A ．该电池总反应为可逆反应  B ．电池放电时a为负极，充电时a为阴极 C ．该电池充、放电时会有金属锂生成，电解液中一定不能有水    D ．电池充电时阴极的电极反应式为C6Li1-x +xLi+ + xe- == C6Li D 随堂演练 34 7．质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　)   A．通入氧气的电极发生氧化反应 B．通入氢气的电极为正极 C．导电离子为质子，且在电池内部由正极定向移动至负极 D．正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O 答案　D 解析　通入氧气的电极是正极，正极上得电子发生还原反应，故A错误；通入氢气的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，故B错误；质子移向正极，故C错误；正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故D正确。 随堂演练 8. 将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。下列叙述正确的是(　　) ①通入CH4的电极为正极　②正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－　③通入CH4的电极反应式为CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O　④负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O　⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动　⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动 B A． ①③⑤ B． ②④⑥ C． ④⑤⑥ D． ①②③ 随堂演练 9. 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0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C． 电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2 === CH3COOH＋H2O D． 正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O === 4OH－ C 随堂演练 $