6.1.3化学电池 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 课时3 化学电池 1 学习目标 1.了解化学电源的分类，掌握各类化学电源的核心工作原理。 2.能书写常见化学电源（如干电池、铅蓄电池）的简单电极反应式和总反应方程式。 3.认识化学电源在生产生活、科技领域的应用，了解化学电源的优点与局限性，树立合理使用能源、关注环保和能源可持续发展的意识。 2 情景导入 原理：理论上任何的氧化还原反应都可以设计成原电池 制造多样的化学电源 原电池： 化学能转化成电能的装置 如何设计原电池？ 情景导入 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。 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。 情景导入 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 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 正极（石墨）： 2H++2e - = H2 ↑ 总反应: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 ↑ 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu 总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 电极反应式书写 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 电极反应式书写 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 电极反应式书写 生活中电池无处不在 满足生产、生活、科学研究等各方面的需要， 极大地方便了我们的生活，也有力地促进了科学的发展 利用原电池原理，科学家设计出了许许多多形状各异、用途不同的实用电池 情景导入 常见的电池如何分类？ 一次电池 二次电池 燃料电池 一. 一次电池 1. 定义 电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，这种电池属于一次电池，又叫干电池 随着电池的使用，电池电压逐渐降低，最后失效 如锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池（钮扣电池）等 一. 一次电池 2. 锌锰干电池 Zn—MnO2 —NH4Cl (1) 结构 锌筒作负极，石墨棒作正极，中间填充MnO2和NH4Cl糊，其中氯化铵为电解质溶液 电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原 (2) 工作原理 负极（锌筒）：Zn – 2e- = Zn2+ 氧化反应 正极（石墨棒）：MnO2 得电子 还原反应 锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。 3. 碱性锌锰干电池 (1) 结构 锌粉取代锌筒，KOH取代NH4Cl 为了延长电池寿命和提高其性能，人们将在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池，电池内的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH，制成了碱性锌锰电池 一. 一次电池 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O = 2MnOOH + Zn(OH)2 (2) 工作原理 负极： 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 Zn + 2OH– – 2e– =Zn(OH)2 正极： 4. 纽扣电池 (1) 结构 锌外壳作负极，正极为Ag2O，KOH为电解质溶液 一. 一次电池 Zn + Ag2O + H2O = 2Ag + Zn(OH)2 (2) 工作原理 负极： 正极： (3) 应用 电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的 Zn+ 2OH- -2e- =Zn(OH)2 Ag2O+ H2O +2e- =2Ag + 2OH- 二. 二次电池 1. 定义 有些电池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，从而实现放电与充电的循环。这种充电电池属于二次电池，也叫蓄电池 2. 特点 放电时： 化学能 → 电能 充电时： 电能 → 化学能 常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池 3. 铅酸蓄电池 (1) 结构 (2) 工作原理 负极材料是海绵状的金属Pb，正极材料上涂有棕褐色的PbO2，两极浸在30%H2SO4溶液中。 Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) 2PbSO4 (s) + 2H2O(l) 放电 充电 负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O 二. 二次电池 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。 注意：不是可逆反应 (3) 特点 电池工作一段时间后，正负极质量均_________，电解质溶液的pH_________，溶液酸性_________ 电压稳定、使用方便，安全可靠，可反复使用，常用于汽车电瓶 寿命较短，质量、体积大，不方便携带 增大 减弱 3. 铅酸蓄电池 二. 二次电池 增加 锂作为电池的负极 锂是最轻的金属，也是活泼性极强的金属，是制造电池的理想物质。锂是新一代可充电的绿色电池。 结构特点 非水溶液做电解质 高能电池,工作效率高,电压高,贮存时间长等 用途: 笔记本电脑、手机、数码照相机、摄像机、心脏起搏器等 4. 锂电池 二. 二次电池 下列说法正确的是（ ） A. 图1所示装置能将化学能转化为电能 B. 图2所示反应为吸热反应 C. 锌锰干电池中，锌筒作正极 D. 蓄电池充电时也发生了氧化还原反应 课堂练习 D 图1 铅酸蓄电池中总反应的离子方程式为 。电池的简易装置如图所示，已知放电 时灵敏电流计指针向右偏转。下列说法错误的是( ) 。 C A.电池中 电极为负极，发生氧化反应 B.放电时，溶液中的向 电极移动 C.放电时，电极的质量减小， 电极的质量增大 D.若将、电极材料分别替换为和 ， 则灵敏电流计指针向左偏转 课堂练习 银锌电池放电过程可表示为 ，此电池放电时，下列有关 说法正确的是( ) 。 D A.电能转化为化学能 B.电解质溶液是稀硫酸 C.电子通过外电路从正极流向负极 D. 作负极被氧化 课堂练习 电池里含有汞、铅、镉等多种重金属元素，随意丢弃废旧电池，对环境会造成严重的污染。 资料显示，在地表面，被一节废电池腐蚀后，能使1平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水受到污染，相当于一个人一生的饮水量。 电池中的汞:能造成水俣病,佝偻病等 电池中的铅:能引起人体神经紊乱,肾炎 电池中的镉:能造成肾损伤,骨质疏松,软骨病。 有什么电池几乎是零污染的？ 三. 燃料电池 三. 燃料电池 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。 1. 定义 2. 优点 3. 结构 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 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，其电极材料不参与反应，只起导电作用 4. 应用 该类型的燃料电池曾在1967年首次被用作阿波罗宇宙飞船的电源。 燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段 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 三. 燃料电池 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-； 三. 燃料电池 5. 氢氧燃料电池 (1) 电池总反应 2H2 + O2 ＝ 2H2O 三. 燃料电池 (2) 电池结构 ①两极材料： 惰性材料（一般为Pt电极或石墨）， 只导电，不参与反应 ②电解质： 可以是酸性或碱性电解质溶液，或固体电解质、熔融盐、或新型的导离子介质 ③反应物： 反应物不储存在电池内部，需要外部提供 (3) 电极反应式 总反应： 2H2 + O2 ＝ 2H2O 5. 氢氧燃料电池 三. 燃料电池 H2SO4(aq) H2 O2 酸性:以酸性溶液（如H2SO4）作为电解质 负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O (3) 电极反应式 5. 氢氧燃料电池 三. 燃料电池 KOH(aq) H2 O2 — + 负极：2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O 正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 总反应： 2H2 + O2 ＝ 2H2O 碱性:以碱性溶液（如KOH）作为电解质 负极 正极 固体电解质 正极: O2 + 4e- = 2O2- 负极: 2H2 - 4e- + 2O2- = 2H2O 总：2H2 + O2 = 2H2O (3) 电极反应式 5. 氢氧燃料电池 三. 燃料电池 熔融碳酸盐: 总: 2H2＋O2＝2H2O 正极: O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32- 负极: 2H2 - 4e- + 2CO32- = 2CO2 +2H2O (3) 电极反应式 5. 氢氧燃料电池 三. 燃料电池 负极 正极 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 课堂练习 6. 甲烷燃料电池 总反应： 以H2SO4作为电解质 以KOH作为电解质 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O 负极： CH4 - 8e- + 2H2O ＝ 8H+ + CO2 CH4 - 8e- + 10OH- ＝ 7H2O + CO32- 正极： 2O2 + 8e- + 8H+ ＝4H2O 2O2 + 8e- + 4H2O ＝ 8OH- 总反应： 2CO+ O2 ＝ CO2 2CO+ O2 + 4OH-＝2 CO32- + 2H2O 7. CO燃料电池 负极： 2CO - 4e- + 2H2O ＝ 4H+ +2CO2 2CO - 4e-+ 8OH- ＝ 4H2O + 2CO32- 正极： O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 三. 燃料电池 CH4 + 2O2 + 2OH-＝ CO32- + 3H2O 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。电池的总反应为：2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2 (1)负极电极反应式___________________________， 正极电极反应式________________________________。 Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (2)电子移动的方向是由___经外电路到___。(填“a”或“b”) a b 课堂练习 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是____，放电时负极的电极反应式为__________________________________。 (2)放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应；正极的电极反应式为____________________________________。放电时，____(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 Zn Zn＋2OH－－2e－ ===Zn(OH)2 还原 正 课堂练习 放电充电 总结 化学电源 一次电池 二次电池 燃料电池 如氢氧燃料电池等 铅蓄电池 锂离子电池 镍氢蓄电池 碱性锌锰电池 普通锌锰干电池 银锌纽扣电池 （干电池最常见） （可充电电池、蓄电池） 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 FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ $