6.1.3 化学电源【核心素养新教学】2025-2026学年高一化学同步优质教学课件（人教版必修第二册）

高中化学人教版（2019）必修第二册 第3课时 第一节化学反应中的能量变化  第六章 化学反应与能量 化学电源 化学与生活 弗里茨·哈伯 第一个从空气中制造出氨的科学家，加速了世界农业的发展，因此获得1918年诺贝尔化学奖。 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 CONTENTS 目录 二次电池 一次电池 燃料电池 学习目标 1、了解干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。 2、能正确书写简单化学电源的电极反应式。 核心素养 1、创新意识：利用原电池原理能设计原电池。 32、宏观辨识与微观探析：会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。 原理：理论上任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池 设计思路 (1)定反应：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。 (2)拆两半：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应， 分别作为负极和正极的电极反应 还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)； 氧化剂＋ne－===还原产物(正极电极反应)。 (3)找材料：电极材料必须导电，负极材料一般选择较活泼的金属材料， 或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料； 电解质溶液一般能与负极反应。 (4)画装置：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。 原电池 · 设计 设计化学电源 设计原电池，以Fe+CuSO4==FeSO4+Cu进行设计，画出原电池示意图，标出正负极和电子移动方向，并写出该电池的正负极电极反应式。 原电池 · 设计 探究 原电池 · 设计 电解质溶液 序号 电极（大小相同） 电极间距 水果种类 电流表示数(μA) ① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5 ② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3 ③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0 ④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7 ⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4 ⑥ 石墨棒—Al 1.0 cm 柠檬 104.5 原电池 · 设计 电极材料的选择对电池效果的影响？ 序号 电极（大小相同） 电极间距 水果种类 电流表示数(μA) ① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5 ② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3 ③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0 ④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7 ⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4 ⑥ 石墨棒—Al 1.0 cm 柠檬 104.5 对比实验①②③或⑤⑥，得出结论: 在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好。 原电池 · 设计 练习：选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池。 回答下列问题： (1)负极材料：___；正极材料：__________；电解质溶液：___________。 (2)写出电极反应式 正极：__________________； 负极：________________。 (3)原电池中电子从______极流出，电解质溶液中阴离子流向____极(填“正”或“负”)。 铜 银(或碳棒) AgNO3溶液 2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋ 负 负 原电池 · 设计 总反应 Zn+2MnO2 + 2NH4Cl =ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O 一次电池放电后不可再充电 一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池 负极：Zn-2e-=Zn2+ 正极： +2e-+2MnO2=2NH3 ↑+Mn2O3+H2O 0 +4 +2 +3 1、普通锌锰电池 优点：制作简单，便于携带，价格便宜； 缺点：放电时间短，电压下降快；容易漏液（锌外壳变薄）糊状NH4Cl显酸性） Zn—MnO2 —NH4Cl 化学电源 电池总反应： Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 负极：Zn + 2OH– – 2e– =Zn(OH)2 正极：2MnO2 + 2H2O +2e– = 2MnOOH + 2OH– 锌粉取代锌筒，KOH取代NH4Cl，增大接触面积 加快反应速率，减少电池内阻，电流大电压高寿命长 0 +4 +3 +2 2、碱性锌锰电池 pH值增大 Zn—MnO2 —KOH 化学电源 微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O + Zn + H2O = 2Ag + Zn(OH)2，下列说法正确的是 A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低 B．电池工作过程中，电解液中OH-向正极迁移 C．负极发生反应Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 D．正极发生反应Ag2O + 2H+ + 2e- = 2Ag + H2O （ ） 总反应未消耗KOH，但是耗水，所以C增大 +1 0 0 +2 化学电源 2. 二次电池 （1）特点：放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以 逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 （2）类型：常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、镍 镉电池、锂离子电池等。 广泛使用的铅酸蓄电池 新一代可充电的绿色电池 锂离子电池 充电电池又称二次电池，放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 化学电源 电池总反应： Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O 铅酸蓄电池的电极反应物和放电后的产物，均以固体的形式附着在电极材料表面，充、放电时可以互相转化，实现电池的重复使用。 负极：Pb + – 2e- =PbSO4 正极：PbO2 +4H+ + +2e- =PbSO4 +2H2O 30%稀硫酸 优点：电流稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉 缺点：单位质量输出的电能少（比能量低），废弃电池污染环境 +4 0 +2 1、铅酸蓄电池 Pb—PbO2—H2SO4 化学电源 锂离子电池工作原理示意图 电池总反应： LixCy + Li1-xCoO2 = LiCoO2 + Cy 负极：LixCy - xe- = xLi+ + Cy 正极：Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- = LiCoO2 反应物 离子导体 负极：Li 正极：LiCoO2 六氟磷酸锂的碳酸酯溶液(无水) 石油焦炭和石墨作负极材料无毒，且资源充足，锂嵌入碳中（Li看作0价），克服了锂的高活性 4、锂离子电池 优点：能量密度大，没有记忆效应。循环性能优越、可快速充放电。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。 缺点：价格较昂贵。 用途：广泛用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备。 化学电源 16 随堂练习 4．如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法错误的是( ) A．铅蓄电池充电时电能转化为化学能 B．电池放电时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板 C．电池放电时，H＋移向PbO2板 D．负极反应：Pb ＋ 2e- ＋ = PbSO4 Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O 负极：Pb + – 2e- =PbSO4 正极：PbO2 +4H+ + +2e- =PbSO4 +2H2O 电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节一号电池烂在地里，能使１万平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。 废旧电池的回收利用 化学电源 氢燃料电池车 燃料电池是一种能量转化装置，将燃料的化学能转化为电能。 氢氧燃料电池利用了电解水的逆反应，以C或Pt作为电极材料，实现能量转化。 氢氧燃料电池发热效率高、产物仅为水、可实现完全无污染 资料卡片 化学电源 19 利用原电池的工作原理，燃料和氧化剂分别放在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。 反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。 高效(能量转化率可以达到80%以上), 环境友好。 优点 3. 与其他电池的区别 2. 原理 1. 三、燃料电池 化学电源 H2SO4(aq) H2 O2 — + 负极：2H2 - 4e- = 4H+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O 总反应：2H2 + O2 = 2H2O 酸性: NaOH(aq) H2 O2 — + 碱性: 负极：2H2 - 4e- +4OH-= 4H2O 正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 总反应：2H2 + O2 = 2H2O 化学电源 四步法——电极反应式书写方法： 【归纳总结】 判 找 标 配 准确找出电极反应物和电极产物 准确判断电池的正、负极 根据有关元素化合价变化标出电子得失数目 根据环境配平电荷，最后根据原子个数配平电极反应式 四步法弊端：必须知道反应原理，能正确找出氧化剂和还原剂及其对应产物 化学电源 CONTENTS 目录 燃料电池 · 原电池深入探究 总结 ①、电极材料不一定是金属，C棒等导电材料也可作为电极， 为还原反应和氧化反应提供得失电子的场所 ②、燃料电池中，常用双碳棒、双铂棒作为电极材料， “燃料”作负极反应物、O2作正极反应物 燃料电池中不需要“点燃”，利用二者电位差产生电子转移 1、电极材料一定是金属吗 2、电极材料的作用：给氧化反应和还原反应的发生提供场所（得失电子的场所——需要能导电） 3、电极材料一定会参与电极反应吗？（不一定，在双金属溶液电池中，负极材料同时作为负极反应物） 23 2、如图为肼燃料电池示意图，请写出正、负极电极反应式及总反应式 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 负极：N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O 223、（2020年江苏）HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。 HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= HCO3ˉ+H2O ①电池负极电极反应式 +2 +4 化学电源 P39科学·技术·社会 发展中的燃料电池 燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。 燃料电池的供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领城有广阔的应用前景。 ① ② ③ 化学电源 课堂小结 步骤 实例 将反应拆分 为电极反应 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋ 正极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 选择电极 材料 负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属 Fe 正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨 Cu或C 选择电解质 一般为与负极反应的电解质 CuSO4溶液 画出装置图 $