6.1.3 生活中的化学电源 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

年 级：高一 学 科：化学（人教版） 主讲人：lrp 学 校：四川省华蓥中学 课时 6.1.3 生活中的化学电源 第六章 化学反应与能量 1 【学习目标】 知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点、组成和工作原理，会书写各类电池的电极反应。 重点：电极反应式的书写。 难点：电极反应式的书写。 1.了解常见的化学电源，感受化学能转化为电能的奇妙。 教学模型：实验探究→问题驱动→概念建构→应用迁移 2.会判断原电池的正极、负极，能正确书写简单原电池的电极反应式。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 2 电池的发展历程 问题驱动 思考：你知道电池的发展史吗?无处不在的电池中发生了什么反应？ 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 根据原电池原理，人们研制出很多结构和性能各异的化学电池，以满足不同的用电需要。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 【知识回顾】 1．原电池的设计与判断(1)依据Fe＋H2SO4 = FeSO4＋H2↑设计原电池，可选用 作负极， 作正极，用导线连接后，置于电解质溶液 中。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁Fe2(SO4)3溶液，外加导线，请写出电极反应式，负极为 ；正极为 。(3)若(2)题中电极材料选铜和铁，则负极反应式为 ，正极反应式为 ，其电池总反应的离子方程式为 。 铁 石墨 硫酸 Cu-2e- =Cu2+ Fe3++ e- = Fe2+ Fe -2e- = Fe2+ Fe3++ e- = Fe2+ Fe+ 2Fe3+ = 3Fe2+ 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 2．回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因： (2)有三种金属片a、b、c，用导线将a、b连接浸泡在硫酸铜溶液中，a质量减小，b质量增加；用导线将a、c连接浸泡在稀硫酸中，c不断溶解，a有气泡产生。由此判断三种金属的活动性顺序是 。 铜和铝连接在一起，在潮湿的空气中形成原电池，会加速铝的腐蚀。 c＞a＞b 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 练习1．下列说法错误的是(　　)A．依据原电池的原理设计出了化学电源 B．原电池是化学电源的雏形C．判断电池的正负极只需看其正负极材料的活泼性D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源 C 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 一、化学电池1、概念 化学电池是将 的装置。其种类很多，常分为以下三类。请你举出生活中常见的电池，并将其分类填入下表。 种类 特点(分类依据) 实例 一次电池 放完电以后 再使用 普通锌锰电池、碱性锌锰电池 二次电池 充电、放电 循环进行 铅蓄电池、镍氢电池 燃料电池 可通过不断充入 、 ，连续使用 氢氧燃料电池、CH4燃料电池 化学能转化为电能 不能 可以 燃料 氧化剂 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 二、常见的化学电池1．常见一次电池 (1)锌锰电池：（干电池） 电极反应：负极： ，正极： . 电池反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl = Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)优点：制作简单、价格便宜；缺点：存放时间短，放电后 电压不稳定，锌外壳腐蚀易漏液。 Zn - 2e- + 2NH3 = Zn(NH3)22+ 2MnO2 + 2e- + 2NH4+ = 2MnO(OH) + 2NH3 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 (2)碱性锌锰电池碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn， 正极是 MnO2，电解质溶液是KOH溶液。①负极反应式： ; ②正极反应式： . ③总反应式： Zn＋2MnO2＋2H2O = 2MnOOH＋Zn(OH)2 Zn＋2OH－－2e－ = Zn(OH)2 2MnO2＋2e－＋2H2O = 2MnOOH＋2OH－ 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 (3)锌银电池银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。试根据 总反应式 Zn＋Ag2O＋H2O = Zn(OH)2＋2Ag 判断：①负极反应式是 ， 其依据是 。②正极反应式是 ， 反应类型是 。 Zn＋2OH－－2e－ = Zn(OH)2 锌失电子发生氧化反应 Ag2O＋H2O＋2e－ = 2Ag＋2OH－ 还原反应 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 2．二次电池二次电池又称可充电电池或蓄电池。充电电池在放电时所进行的反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是： 化学能 电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 (1)铅酸蓄电池铅酸蓄电池是常见的二次电池，其负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 。已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式负极： ；正极： 。放电过程中，电解质溶液的pH变化是 ，理由是 。充电时：阳极： ，阴极： 。 Pb PbO2 H2SO4溶液 Pb(s)＋SO42－(aq)－2e－ = PbSO4(s) PbO2(s)＋2e－＋4H＋(aq)＋SO42－(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l) 增大 硫酸被消耗了 PbSO4(s)－2e－＋2H2O(l) = PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42－(aq) PbSO4(s) + 2e－ = Pb(s)＋ SO42－(aq) 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 Pb(s)＋SO42－(aq)－2e－=PbSO4(s) PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42－(aq)＋2e－ = PbSO4(s)＋2H2O(l) PbSO4(s)＋2e－=Pb(s)＋SO42－(aq) PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－ = PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42－(aq) 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 (2)锂离子电池 锂离子电池是不同的储锂化合物作为正负极材料构成的电池。当电池循环工作时，锂离子（Li+）在正负极材料之间交换。目前已经市场化且工艺成熟的锂离子电池是以LiCoO2作为正极材料，LiC6作为负极材料的锂离子电池。如图，正极材料中的CoO2和负极材料中的C6均具有层状结构，这样的结构可使Li+嵌入而不引起自身结构的变化，反应时，由于Li+的嵌入和脱嵌，因此正负极材料往往以Li1-XCoO2和LiXC6的形式来表示（0≤x≤1），如下图其在放电时的电极反应为：总反应：LixC6+Li1-xCoO2 6C+LiCoO2, 负极： 正极： 。 充电 放电 LixC6－xe－ = xLi＋＋C6 Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－ = LiCoO2 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 方法总结：在放电时，锂离子电池正负极的判断关键是看Li+的移动方向： Li+从负极移向正极。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 虽然以LiCoO2作为正极材料的锂离子电池占据了市场的主流，但由于Co在各个国家均属于战略物资而限制出口，有公司开发了LiFePO4电池，该电池具有成本更低，比能量更高、不含任何有毒元素的绿色环保电池，其总反应为：xLi+Li1-XFePO4 LiFePO4,写出该电池的电极反应。 负极： ，正极： 。 Li- e－ = Li+ Li1-XFePO4 +xLi＋＋xe－ = LiFePO4 充电 放电 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 【课堂练习1】1、某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为：Li1-xCoO2+ LixC6 = LiCoO2+ C6（x＜1），下列关于该电池说法不正确的是（ ）A、放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移 B、放电时，负极反应为：LixC6- xe- = xLi++ C6C、充电时，若转移1mol e-,石墨C6电极将增加7x克 D、充电时，阳极电极反应为LiCoO2- xe- = Li1-xCoO2+ xLi+ C 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 2、水溶液锂离子电池体系如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．a为电池的正极 B．电池充电反应为LiMn2O4 = Li1－xMn2O4＋xLi C．放电时，a极锂的化合价发生变化 D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移 C 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 小结：可充电池规律：①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。②放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。将负(正)极反应式变方向并将电子移向即得出阴(阳)极反应式。③放电总反应和充电总反应在形式上互逆(但不是可逆反应)。④二次电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质),即作阴极，连接外接电源的负同理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为:负连负，正连正。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 3．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。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能，其工作原理如图 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 (1) 氢氧燃料电池氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池总反应式是2H2＋O2 = 2H2O。氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应 介质 负极反应式 正极反应式 酸性 碱性 2H2 –4e－ = 4H+ O2 + 4e－+ 4H+ = 2H2O 2H2 – 4e－ + 4OH— = 4H2O O2 + 4e－ + 2H2O = 4OH— 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 (2)燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体。若用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入甲醇(CH3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是CH3OH，其产物最终是 ，负极反应式： ； 正极反应式： ；总反应式： 。 CO32－和H2O 2CH3OH – 12e－ + 16OH— = 2CO32－ + 12H2O 3O2 + 12e－ + 6H2O = 12OH－ 2CH3OH + 3O2 + 4OH— = 2CO32－ + 6H2O 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 (3)微生物燃料电池 微生物燃料电池是一种利用微生物作为催化剂，将燃料中的化学能直接转化为电能的生物反应装置。微生物燃料电池以附着于负极的微生物作为催化剂，降解有机物(葡萄糖、乳酸盐和醋酸盐等)产生电子和H+。产生的电子由负极经外电路到达正极，产生的H+通过质子交换膜、盐桥或电解液到达正极，在正极与氧化物(铁氰化钾、氧气等)发生还原反应，从而完成电池内部电荷的传递。图4-2-16是微生物燃料电池的原理示意图，典型的电池反应如下: 负极: ；正极: ； 总反应: 。 C6H12O6–24e－ +6H2O = 24H++6CO2 O2 + 4H+ + 4e－ = 2H2O C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 方法总结：燃料电池负极失电子数目的确定： 燃料电池的燃料以有机物居多，其燃烧后的产物通常为CO2和H2O(酸性介质)或CO32-和H2O(碱性介质)。但无论上述哪种情况，产物中C、H、O的化合价均为+4、+1、-2，如果把原有机物CxHyOz中所以元素都看成0价，可知整个反应中失去的电子数为:4x+y-2z,即“碳四氢一氧减二”。例：见上面的微生物电池和甲醇燃料电池。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 【课堂练习2】1、下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2 = 2CO2＋4H2O。下列说法不正确的是(　 ) A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇 B．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－ = 4OH－ C．负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－ = CO2＋6H＋ D．该电池提供1 mol e－，消耗氧气0.25 mol B 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 2、一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。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 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 对比项目 铅酸电池 锂离子电池 氢燃料电池 发展历史 1859年发明，历史最悠久、应用最成熟的蓄电池 1991年实现商用，近30年快速普及 20世纪60年代用于航天，近年逐步民用 基本构成 正极：二氧化铅；负极：铅；电解液：稀硫酸 正极：钴酸锂/三元材料/磷酸铁锂；负极：石墨；含锂盐电解液 阳极、阴极、质子交换膜、催化剂，以氢气为燃料、氧气为氧化剂 主要性能 电压稳定、成本低；能量密度低、笨重、寿命较短 能量密度高、轻便、循环寿命长、自放电小 能量密度极高、充电快、零排放、低温性能好 优点 价格便宜、大电流放电好、回收技术成熟 体积小、重量轻、续航好，适合移动设备 续航长、加氢快、无污染、使用寿命长 缺点 重量大、寿命短、低温性能差 成本较高、高温安全性一般 氢气储运困难、加氢站少、催化剂昂贵 应用范围 汽车启动电源、UPS、电动自行车、备用电源 手机、笔记本、新能源汽车、小型储能 长途客车、重型卡车、分布式发电、航天 发展前景 低端、传统场景稳定使用，逐步被替代 目前主流，向固态电池、高安全方向升级 未来重要方向，适合长途重载、绿色储能 补充资料：(1)三种电池对比 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 (2)研发新型电池的意义 ④拓展应用场景：适配无人机、电动飞机等设备，推动科技进步。 ①缓解能源危机，保障能源安全：高效储存清洁能源，减少化石能源依赖，提升能源自主能力。 ②保护环境，助力碳中和：减少电池污染和碳排放，实现绿色发展。 ③推动科技与产业升级：带动新能源、新材料等行业发展，增强科技竞争力。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 补充： 三、电极反应式的书写 1.书写电极反应式的原则——守恒 质量守恒，得失电子守恒，电荷守恒 正极（石墨）： 总反应: 负极（锌片）： 正极（铜片）： 总反应: 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 2H+ + 2e- = H2 ↑ Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 ↑ Zn －2e - = Zn 2+ Cu2+ + 2e- = Cu Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 2.据总方程式书写电极反应式 总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2 0 +4 +3 +2 ⑴列物质 标得失 正极：找出氧化剂及还原产物：写出“氧化剂＋n e－＝还原产物” 负极：找出还原剂及氧化产物：写出“还原剂－n e－＝氧化产物” 正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O 2MnO(OH) + 2OH- 负极：Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 2.据总方程式书写电极反应式 ⑵看环境 配守恒 ⑶两式加 验总式 由电荷守恒确定要添加的离子，再据质量守恒，配平其他微粒个数 注意开始生成的氧化产物、还原产物在溶液中能否存在 正、负析电极反应式相加，与总反应式对照验证 复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 【例1】 纽扣式银锌电池的总反应式为：Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 电解质液为KOH溶液， 请写出的电极反应式。 正极反应式： 负极反应式： Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2 Ag2O＋2e－＋H2O＝2Ag ＋2OH－ 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 同学们分组讨论写出甲烷燃料电池（CH4-O2-KOH溶液）的电极反应式 CH4 +10OH- －8e- = CO32-+7H2O CH4 + 2O2 + 2OH- = 3H2O + CO32- 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH- 负极： 正极： 总反应: 第一步　确定生成物 故CH4的最终产物为CO32-和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 CH4－8e－＋10OH－ = CO32－＋7H2O 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 3.书写燃料电池电极反应式注意事项 ⑴将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应； ⑵负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在）； ⑶水溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-； 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 3.书写燃料电池电极反应式注意事项 铂或石墨 写出H2SO4为电解质溶液的氢氧燃料电池的总反应式和电极反应式 总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O 负极： 正极： O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O H2 －2e- ＝2H+ 2H2 －4e- ＝4H+ 2H2 －4e- ＝4H+ 写出KOH为电解质溶液的氢氧燃料电池的总反应式和电极反应式 总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O O2 +4e- +2H2O ＝4OH- 负极： 正极： H2 -2e- +2OH- ＝2H2O 2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O 2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 【例2】 一种镁－空气电池装置如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。 (1)负极电极反应式 ， 正极电极反应式 。 (2)电子移动的方向是由___经外电路到___。(填“a”或“b”) (3)电池总反应式为____________________________。 Mg－2e－＋2OH－ = Mg(OH)2 O2＋4e－＋2H2O = 4OH－ a b 2Mg＋O2＋2H2O = 2Mg(OH)2 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 化学电源 化学电源 电极反应式的书写 一次电池 二次电池(充电电池) 书写电极反应式的原则 据总方程式书写电极反应式 燃料电池 书写燃料电池电极反应式注意事项 研发新型电池 了解车用能源 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第五章 化学生产中的重要非金属元素 CH4 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； $