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

化学反应与电能第一节 原电池第四章 第2课时，化学电源 1 1、认识常见化学电源 (一次、二次电池)工作原理。 2、掌握燃料电池电极反应式书写 电池的发展之路 任务一：一次电池（放电后不可充电的电池） 1.碱性锌锰干电池 KOH的作用：____________ 锌：____ 电极反应：_________________________ 构造示意图 MnO2：____ 电极反应：__________________________ 总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2 负极 Zn－2e－+ 2OH －= Zn(OH)2 正极 2MnO2 + 2H2O + 2e- = 2MnO(OH) + 2OH- a、原电池书写：总反应→负极（环境）→正极（总反应-负极=正极） 电解质溶液 教材P98 总反应：_________________________________ 正极电极反应：_________________________________ 负极电极反应：_________________________ 任务二：二次电池（指可充电电池或蓄电池） 2.铅酸蓄电池 构造示意图 放电过程的总反应及电极反应式 PbO2+4H++SO42-+2e- =PbSO4+2H2O Pb +SO42- - 2e-=PbSO4 Pb + PbO2 + 2H2SO4=2PbSO4 + 2H2O a、原电池书写：总反应→负极（环境）→正极（总反应-负极=正极） 教材P99 金版 a、原电池书写：总反应→负极（环境）→正极（总反应-负极=正极） 金版 3.锂离子电池（钴酸锂—石墨锂电池） Li1-xCoO2 + LixCy LiCoO2 + Cy 放电 充电 总反应: 负极： 正极: LixCy﹣xe- === Cy + xLi+ Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- === LiCoO2 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 Li1-xCoO2 LixCy 任务二：二次电池（指可充电电池或蓄电池） 资料卡片 燃料电池是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 剖析：燃料电池 燃料电池 特点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工作 特点1：燃料和氧化剂连续的由外部供给，生成物不断地被排出，可以连续不断地提供电能 燃料电池的特点 任务三：燃料电池（重点） ①氢氧燃料电池 （以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料） 介质 电池反应：2H2 +O2 = 2H2O 酸性 负极 碱性 负极 正极 正极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 氢氧燃料电池工作原理示意图 H2 O2 酸性(H2SO4) 氢氧燃料电池工作原理示意图 H2 O2 碱性(NaOH) 任务三：燃料电池(重点） 燃料电池正极反应一般为： ①酸性介质 ②碱性介质 O2+4H++4e－=2H2O O2+2H2O+4e－=4OH- 【思考】怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？ b、燃料电池书写：总反应→正极（环境）→负极（总反应-正极=负极） 任务三：燃料电池(重点） ②甲烷燃料电池 介质 总反应： 酸性 负极 正极 介质 总反应： 碱性 负极 正极 CO32- 2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2O CH4 - 8e-+10OH- = CO32-+ 7H2O 2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH- 任务三：燃料电池(重点） CH4 +2O2 = CO2+2H2O CH4 +2O2 +2OH-= CO32-+3H2O CH4 - 8e-+2H2O = CO2+ 8H+ 甲烷 (CH4) 燃料电池：总反应→正极（环境） →负极（总反应-正极=负极） ③甲醇燃料电池 介质 总： 酸性 负极 正极 介质 总： 碱性 负极 正极 (CH3OH) 2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O 2CH3OH－12e-＋16OH- = 2CO32-＋12H2O 3O2＋12e-＋6H2O = 12OH- 2CH3OH＋3O2=2CO2 ↑ ＋4H2O 2CH3OH－12e-＋2H2O=12H+＋2CO2↑ 3O2＋12e-＋12H+=6H2O 任务三：燃料电池(重点） ④肼N2H4 (联氨)—燃料电池 肼(N2H4) 介质 总： 酸性 负极 正极 介质 总： 碱性 负极 正极 O2＋4e-＋2H2O = 4OH- N2H4 + O2= N2 ↑ + 2H2O N2H4 + 4OH- － 4e-= N2 ↑ + 4H2O O2＋4e-＋4H+=2H2O N2H4 － 4e- = N2 ↑+4H+ N2H4 + O2= N2 ↑ + 2H2O 任务三：燃料电池(重点） 氨(NH3) ⑤氨—燃料电池（铂为两极、电解液为KOH溶液) 介质 总： 碱性 负极 正极 3O2＋12e-＋6H2O = 12OH- 4NH3+12OH-－12e- = 2N2+12H2O 4NH3+3O2═2N2+6H2O 氨气为碱性气体，易与酸反应，故电解质溶液应呈碱性 任务三：燃料电池(重点） 介质 电池反应：2H2＋O2=2H2O   负 极 ________________________ 正 极 _________________   负 极 _________________ 正 极 _______________________ 2H2－4e－＋2O2－=2H2O O2＋4e－=2O2－ 2H2－4e－=4H＋ O2＋4H＋＋4e－=2H2O ①固体氧化物燃料电池 （导电介质为固体电解质） 剖析：燃料电池 示例分析：熔融碳酸燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。 负极 正极 总反应 2H2+2CO32--4e- = 2CO2+2H2O O2+2CO2+4e- = 2CO32- 2H2 ＋O2＝2H2O 燃料为H2 DALUHUAXUEGOGNZUOSHI ②熔融碳酸燃料电池 引领电池技术革新的薄型柔性电池 柔性电池是一种可以弯曲和扭曲的电池。相比传统的刚性电池，柔性电池在设计和使用上提供了更多的灵活性，可应用于医疗设备、生物医学传感器、柔性显示器和智能手表等。 柔性电池的制作材料和技术各不相同，常见的包括锂离子电池、固态电池、有机电池等。这些电池通常由薄膜材料构成，可通过印刷、涂布、挤出等方法制造。 1.某干电池的工作原理示意图，总反应：Zn＋2NH4+==Zn2+＋2NH3↑＋H2↑，下列说法正确的是(　　) A．石墨为电池的负极 B．电池工作时NH4+被氧化 C．实现了电能向化学能的转化 D．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极 答案　D 解析　根据电池反应式知，Zn易失电子作负极，则石墨作正极，故A错误；放电时，NH＋4得电子发生还原反应，被还原，故B错误；该装置是原电池，将化学能转化为电能，故C错误；放电时，电子从负极Zn沿导线流向正极石墨，故D正确。 2．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。 3．一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- 答案　D 解析　A项，CH4→CO，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；B项，该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以电极A即负极上H2参与的电极反应为H2－2e-＋ CO32- ===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而电极B是正极，错误；D项，电极B即正极上O2参与的电极反应为O2＋4e-＋2CO2===2 CO32- ，正确。 4．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 答案　B 解析　A项，锂电极为负极，石墨电极为正极，电子从负极流出，经导线流向正极，正确；B项，负极材料锂能与水反应，不可用水溶液代替有机电解质，错误；C项，电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，正确；D项，由电池总反应知，该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气，正确。 5．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 答案　D 解析　因为电子从多孔电极b流向多孔电极a，所以多孔电极b为负极，H2在该极发生氧化反应；多孔电极a为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池负极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，正极的电极反应式为O2＋2e－===O2－，则电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。 第一节 原电池 第2课时 一次电池 二次电池 燃料电池 构造 原理 构造 原理 构造 原理 燃料 THANKS 谢谢聆听 25 Lavf58.46.101 【例1】高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。该电池放电时的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。 (1)放电时负极反应为 ,正极反应为 。 (2)放电时电子由负(填“正”或“负”,下空同)极流向 极。 (3)放电时1 mol K2FeO4发生反应,转移的电子数是 。 典例精析 解析:正极反应为Mo3S4+2xe-Mo3,发生还原反应,负极反应为xMg-2xe-xMg2+,负极产生的Mg2+移向正极。 答案:C 1.镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,且镁原电池放电时电压高而平稳,使镁原电池逐渐成为人们研制绿色原电池关注的焦点,其中一种镁原电池放电的反应为xMg+Mo3S4MgxMo3S4。在镁原电池放电时,下列说法中错误的是 (　　) A.Mg2+向正极迁移 B.正极反应为Mo3S4+2xe-Mo3 C.Mo3S4发生氧化反应 D.负极反应为xMg-2xe-xMg2+ 活学活用 $