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

6.1.3 发展中的化学电源 随着科学技术的发展，人类对电的使用越来越得心应手，尤其是电池的发现，让人们能更加便捷的利用电能，那么在日常生活和学习中，你知道的电池有哪些呢? 思考 电池 将化学能转换成电能的装置 将太阳能转换成电能的装置 将放射性同位素自然衰变时 产生的热能通过热能转换器 转变为电能的装置 化学电池 太阳能电池 原子能电池 常见的电池种类 一、化学电源（化学电池） 1.定义 将化学能变成电能的装置 2.分类 ①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 电池消耗到一定程度，就不能使用；（只放不充，环境污染）。如普通干电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池等。 ②二次电池又称充电电池——蓄电池 放电后可以再充电重新使用；放电为原电池，充电为电解池。（可放可充，发展方向）。如铅蓄电池、锌银蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。 ③燃料电池 一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（能量很高，前景远大）。如氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。 ④其他电池： 如海水电池、心脏起搏电池等。（特殊用途，现代科技） 普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池（钮扣电池）等。 一.一次电池 普通锌锰干电池 锌锰电池的负极是锌筒，正极是碳棒，电解质溶液是MnO2和NH4Cl糊状物（酸性，锌筒易腐蚀）。 电极反应式： 负极：Zn - 2e-=Zn2+ （ 氧化反应） 正极：2MnO2 + 2NH4++ 2e- =Mn2O3+2NH3↑ +H2O 1.普通锌锰电池 Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2 MnOOH 2.碱性锌锰电池 电解质溶液： 负极 ： 正极 ： 总反应： KOH溶液 (Zn) (C) Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH Zn- 2e- +2OH- =Zn(OH)2 2MnO2+2e- ＋2H2O=2MnOOH+2OH- ①正极pH ，负极pH ，溶液pH ；电解质溶液密度 ，浓度 。 ②转移0.2mol电子， gZn被 ； molK+移向 极， molOH-移向 负极。 6.5 氧化 0.2 正 0.2 增大 减小 增大 增大 增大 氢氧化氧锰 消耗H2O (1) 结构 锌外壳作负极，正极为Ag2O，KOH为电解质溶液 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- 3.锌银纽扣电池 1．下列说法正确的是( ) A．锌锰电池和碱性锌锰电池的正极材料均是锌 B．锌锰电池中电解质主要是NH4Cl，而碱性锌锰电池中的 电解质主要是KOH C．碱性锌锰电池不如锌锰电池的寿命长 D．干电池放电之后还可再充电 【答案】B 练习 纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。Zn和Ag2O，KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。不正确( ) A．使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极 B．使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极 C．正极的电极反应为Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－ D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应 B 既可充电又可放电。如：铅蓄电池、手机锂电池等。 二.充电电池（二次电池） PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O 放电 充电 电解质溶液： 负极 ： 正极 ： 放电总反应： (Pb) (PbO2) PbO2＋Pb＋4H++2SO42- = 2PbSO4＋2H2O 转移电子2mol，消耗 molH2SO4，负极质量 、 g，正极质量 、 g； 放电正极pH ，负极pH ，溶液pH ； H2SO4溶液 2 增大 96 增大 64 不变 增大 增大 1.铅蓄电池 2.锂电池 锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。 负极(Li)： 正极 (MnO2): 放电总反应： Li－e－=Li＋ Li＋MnO2=LiMnO2 电流方向是由____极流向____极;电子由 极流向 极；(填字母)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？__，原因__________________________。 b a b a 否 Li是活泼金属，能与水反应 + --- 三.燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。 氢氧燃料电池 1.电池材料 正极室：通氧气 负极室：通氢气 电解质溶液：H2SO4溶液 （氧化剂） （燃料） 使用铂电极 2.工作原理 总反应：2H2 + O2 = 2H2O 1.H2酸性： 总反应： 2H2+O2=2H2O 正极： 负极： 2H2-4e- =4H+ 正极pH ； 负极pH ； 溶液pH ； 消耗2molO2转移电子 。 增大 减小 增大 8NA 正极pH ； 负极pH ； 溶液pH ； 消耗1molH2转移电子 。 2.H2中性： 总反应： 2H2+O2=2H2O 正极： 负极： 2H2-4e- =4H+ 增大 减小 不变 2NA 正极pH ； 负极pH ； 溶液pH ； 消耗1molH2转移电子 。 2.H2碱性： 总反应： 2H2+O2=2H2O 正极： 负极： 2H2-4e-+4OH- =4H2O 增大 减小 减小 2NA 介质 电池反应：2H2 +O2 == 2H2O 酸性 负极 正极 中性 负极 正极 碱性 负极 正极 氢氧燃料电池 2H2 - 4e- == 4H+ O2 + 4H+ + 4e-== 2H2O 2H2 - 4e- == 4H+ O2 + 2H2O + 4e-== 4OH- 2H2 +4OH-- 4e- == 4H2O O2 + 2H2O + 4e-== 4OH- ①氧化剂与还原剂在工作时不断补充； ②反应产物不断排出； ③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源 缺点：体积较大、附属设备较多 优点：能量转换率高、清洁、对环境好 其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池…… 1. 燃料电池的规律： 2. 燃料电池与前几种电池的差别： ①燃料做负极，助燃剂氧气为正极 ②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。 1.电池中含有大量的重金属、酸、碱等物质。 2.一粒小小的钮扣电池可污染600立方米水，相当于一个人一生的饮水量；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值，并造成永久性公害。  四.电池的污染与回收 3.电池的回收 废旧电池中的有色金属是宝贵的自然资源，如果能回收再利用这些废旧电池，不仅可以减少对我们生存环境的破坏，而且也是对资源的节约。 【规律总结】 1.电极反应式的书写步骤： ①分析氧化还原反应，找出氧化反应和还原反应的物质， 确定正负极反应的物质； ②注意电解质溶液环境，利用电荷守恒分别写出电极反应式； ③验证： 两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。 2.注意： (1)电子不可以进入电解质溶液中，溶液中的阴阳离子不能进入电极和导线。 (2)原电池的化学能并不是全部转化为电能，有一部分转化为热能等其他形式的能量。 (3)没有导线连接同样可以形成原电池，例如两个金属直接接触。 (4)原电池的电极材料绝大多数是负极活泼性比正极强，但是有特殊情况下活泼性强的做正极，例如铁和铜，电解液是浓硝酸。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细(　　) (2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能(　　) (3)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化(　　) (4)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅(　　) (5)火力发电是化学能间接转化为电能的过程。(　　) (6)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。(　　) (7)在铜—锌—稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。(　　) (8)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。(　　) (9)HCl＋NaOH==NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。(　　) × × × × × × × √ √ 【课堂练习】 2．下列化学电池不易造成环境污染的是( ) A．氢氧燃料电池 B．锌锰电池 C．镍镉电池 D．铅蓄电池 【答案】A 3．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。 下列说法不正确的是( ) A．甲：向SO42－Cu电极方向移动 B．乙：正极的电极反应式为Ag2O+2e−+H2O=2Ag+2OH− C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减少 A 4．（2020·苏州市相城区陆慕高级中学高一期中）氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法中不正确的是( ) A．该电池中电极a是正极 B．外电路中电子由电极a 通过导线流向电极b C．该电池的正极反应为： O2+4H++4e-=2H2O D．该电池的总反应为： 2H2+O2=2H2O A 5．研究人员最近发现了一种“水电池”，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池总反应式为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl， 下列对“水电池”在海水中放电时的有关说法正确的是(　　) A．正极反应式为：5MnO2＋2e－=Mn5O102－ B．每生成1 mol AgCl转移2 mol电子 C．Cl－不断向“水电池”的正极移动 D．Ag发生还原反应 A 6、下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（ 　 ） A.碱性锌锰电池 B.手机用锂电池 C.汽车用铅蓄电池 D.玩具用镍氢电池 A 7、下列说法正确的是(　　　) A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池 B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池 C．化学电池的反应基础是氧化还原反应 D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2 C 8、LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是（ 　 ） A.a处通入氧气，b处通入氢气 B.通入H2的电极发生反应：H2－2e－=2H＋ C.通入O2的电极为电池的正极 D.该装置将化学能最终转化为电能 C 9、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。下列说法中不正确的是(　　　) A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn B．负极发生的反应是Zn＋2OH－－2e－=　Zn(OH)2 C．工作时，负极区溶液碱性减弱，正极区溶液碱性增强 D．溶液中的OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动 D 10、下列说法中正确的是(　　　　) ①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部　 ②锌锰干电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池　 ③锂电池是新一代可充电电池　 ④燃料电池作为汽车驱动能源已研制成功 A．②③④ 　　　　　B．①②③④ C．①②③ 　　　　D．①③④ B Lavf58.51.100 $