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

该高中化学课件围绕化学电源展开，涵盖其分类（一次、二次、燃料电池）、工作原理及应用。通过科学史话（伽法尼生物电发现、伏达电堆发明、锂离子电池诺贝尔奖）导入，衔接原电池构成要素小结，以电极反应式三步法为学习支架，构建从基础到应用的知识脉络。 其亮点在于融合科学史与前沿科技，通过分类对比（如普通与碱性锌锰电池、铅酸与锂离子电池）和三步法书写电极反应式，培养科学态度与责任、科学思维。实例丰富（如“神六”太阳锂电池、手机锂离子电池），助学生建立“结构决定性质用途”的化学观念，教师可直接利用系统资料教学，提升效率。

第四章 化学反应与电能 第二节 化学电源 科学史话：发现生物电 1780年的一天，意大利生物学家伽法尼解剖青蛙。将青蛙腿放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触青蛙腿时，发现青蛙腿出现了抽搐。 他认为：青蛙肌肉和神经里的“生物电”导致抽搐。他将青蛙腿放到木制的解剖盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动！他又进行了各种实验，发现：两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐。他认为由于两种金属插在了由肌肉提供的溶液中，构成回路而产生电流，从而刺激了蛙腿的抽动。 科学史话：伏打发明第一个电池 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。 伏达电堆模型 科学史话 在电池的发展方面作出的贡献所获得的诺贝尔化学奖吗？ 北京时间10月9日下午5点45分，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2019年度诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校John B. Goodenough教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校M.stanley Whittlingham教授和日本化学家Akira Yoshino，以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。 小结：原电池的构成要素 电极反应：负极-还原剂-失去电子-氧化反应 正极-氧化剂-得到电子-还原反应 电极材料：进行电子转移的场所 离子导体：内电路，实现离子定向迁移（阳离子→正极；阴离子→负极） 电子导体：外电路，实现电子定向迁移（负极→正极） 形形色色的电池 ①分类 二、化学电源 ②优点 (1)能量转换效率高，供能稳定可靠。 (2)可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。 (3)易维护，可在各种环境下工作。 ③判断电池优劣的标准 (1)比能量: (W·h)/kg或(W·h)/L (2)比功率： W/kg或W/L (3)电池的储存时间的长短。 除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。 (1)锌锰电池（NH4Cl糊状物为电解质） 干电池：电解质溶液制成不流动胶状 普通锌锰电池 锌筒 石墨棒 MnO2和C 普通锌-锰干电池的结构 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 1. 一次电池 普通锌锰电池（如右图）和碱性锌锰电池是生活中用量很大的两种干电池。普通锌锰电池放电时生的主要反应为： Zn+2MnO2+2NH4Cl=2MnO（OH）+Zn(NH3)2Cl2 （1）请写出普通锌锰电池中的负极材料、电解质的主要成分，以及正极发生的主要反应。1 教材：P103 T6 氢氧化氧锰 两种干电池的比较 负极材料：锌筒 电解质：NH4CI糊 负极材料：锌粉 电解质：湿的KOH 反应面积成倍 增大，放电电 流大幅度提高 离子导电性更好 优点：能量储存时间 有所提高，不易泄漏 优点：制作简单、价格便宜 缺点：寿命短、易泄露 电解质溶液为 KOH溶液 总反应：Zn +Ag2O + H2O ==2Ag + Zn(OH)2 (3)锌银电池—纽扣电池 正极：Ag2O + H2O +2e－==2Ag + 2OH－ 负极： Zn－2e－+ 2OH－==Zn(OH)2 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。 (4)锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池 Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 ①负极材料为____，电极反应为_________________。 ②正极的电极反应为_______________________________。 锂 8Li－8e－===8Li＋ 3SOCl2＋8e－===2S＋ ＋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。 (1)铅酸蓄电池 铅酸电池由两组栅状电极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb，电解质溶液为H2SO4溶液。 构造： 铅蓄电池的构造 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。 优点： 缺点： 比能量低、笨重、废弃电池污染环境 2. 二次电池(又叫充电电池、蓄电池) 充放电过程： Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电 充电 总反应： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb -2e- + SO42- =PbSO4 正极： PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O 氧化反应 还原反应 负极： ①放电过程: 认识铅酸蓄电池 思考: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。 认识铅酸蓄电池 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 (2)锂离子电池 总反应： 正极： 负极：  放电 LixC6 +Li1-xCoO2 LiCoO2＋6C 放电 充电 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 LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+ Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2 放电：Li+由石墨中脱嵌移向正极，嵌入LiCoO2晶体 充电：Li+从LiCoO2晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中 (3)磷酸铁锂系锂离子电池： 负极： 正极： 放电 LixC6+ Li1-xFePO4 6C+LiFePO4 放电 充电 LixC6 － xe- ＝ xLi+ + 6C Li1-xFePO4 + xe- + xLi+ ＝ LiFePO4 总反应： 放电时Li+由石墨中脱嵌移向正极，嵌入LiFePO4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 铅酸电池与锂离子电池进行对比 ③优点：能连续不断的提供电能。 ②特点： 电极本身只是催化转化元件，燃料和氧化剂连续地由外部供给。 ①定义：连续地将燃料和氧化剂的化学能转化成电能的化学电池 3. 燃料电池 燃料电池 电解液 H2O 2e - 2e - 氢气 氧气 H + OH - A 负极 正极 O2 H2 H2O （1）氢氧燃料电池 燃料： 氧化剂： 电解质： 电极： H2 O2 酸或碱 Pt 2H2 - 4e- = 4H+ O2 +4e- + 4H＋ = 2H2O 总反应式：2H2 +O2 = 2H2O 负极： 正极： ①酸性氢氧燃料电池 ②碱性氢氧燃料电池 2H2 + 4OH- -4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 总反应式：2H2 + O2 =2H2O 负极： 正极： 燃料电池 思考：使用氢氧燃料电池的轿车至今还没有普及。你觉得可能需要解决的技术问题是什么？ 氢气储运成本高、加氢费用高、氢气基础设施不完善等问题 (2)甲烷-氧燃料电池 负极： 正极： 电池总反应式： 电解质为KOH CH4 - 8e- + 10OH- ＝ CO32- + 7H2O 2O2 + 8e- + 4H2O ＝ 8OH- CH4+2O2+2OH -＝CO32-+3H2O (3)甲醇燃料电池 电解质为KOH 负极： 正极： 电池总反应式： CH3OH - 6e- + 8OH- ＝ CO32- + 6H2O O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 2CH3OH +3O2 + 4OH-＝2CO32- +6H2O (4)肼燃料电池 N₂H4－4e- +4OH-= N₂ ↑ + 4H₂O 电解质为KOH 负极： 正极： 电池总反应式： O₂ + 4e- + 2H₂O= 4OH- N₂H4 + O₂ = N₂↑ + 2H₂O (5)固体燃料电池 以熔融金属氧化物为介质，高温下能传导O2- 电池总反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O O2 + 4e-= 2O2－ 正极： 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O 负极： （6）熔融盐电池 比如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极反应物，空气与CO2的混合气为正极反应物，制得在650 ℃下工作的燃料电池。高温下能传导CO32-，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变。 正极：O2＋2CO2＋4e－ ═ 2CO32－； 负极：2CO＋2CO32-－4e－ ═ 4CO2； 总反应：2CO＋O2 ═ 2CO2。 $