1.2 化学能与电能 课件-2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

课时2 化学能与电能 1.了解化学电源的种类，包括一次电池、二次电池和燃料电池的构造和原理。 3.理解化学电源在生活、生产和科研中的应用，以及废旧电池回收利用的重要性。 2. 掌握不同类型化学电源电极反应式的书写方法，如普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池、铅酸电池、氢燃料电池等在不同电解质条件下的电极反应式。 明·学习目标 复习导入 化学能 电 能 ❓ 热 能 光 能 能给 充电吗？ 手机和橙子我们在生活中常见，它们能联系在一起吗？ 负极 正极 电子流入（Cu） 电子流出(Zn) 经外电路 Zn-2e-=Zn2+ 2H+ +2e-=H2 Zn失去电子，发生氧化反应 H+在铜极上得到电子，发生还原反应 阳离子 正极(Cu) 阴离子 负极(Zn) 总反应： Zn+2H+=Zn2++H2↑ 活动二：初识原电池 原 电 池 工 作 原 理 模 型 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 普通锌锰干电池(酸性) 锌筒：____ 电极反应：_____________________________ 石墨棒：____ 电极反应：_____________________________________ NH4Cl糊的作用：____________ 负极 正极 电解质溶液 Zn－2e-＋2NH3＝[Zn(NH3)2]2+ 2NH4+＋2MnO2＋2e-＝2NH3＋2MnO(OH) Zn＋2NH4+＋2MnO2＝ [Zn(NH3)2]2+ ＋2MnO(OH) 总反应 化学电源 剖析：一次电池 探·知识奥秘 原因1：新电池易发生自放电，使存放时间缩短，放电后电压下降较快。 原因2：电解质氯化铵为酸性，会腐蚀电池的锌筒且反应有氢气生成，易造成电池膨胀及漏液现象。 普通锌锰干电池曾一度长期占据市场，但现在却逐渐被替代，为什么呢? 单液电池 Zn 石墨棒 NH4Cl MnO2 NH4Cl ZnCl2 A 普通锌锰干电池内部结构 探·知识奥秘 一次电池 2. 锌锰干电池 锌锰干电池是使用最早的干电池 (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＋ (3) 锌锰电池的缺点 锌锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部的糊状电解质会泄露出来，使电器腐蚀 一次电池 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 (2) 工作原理 负极： Zn + 4OH– – 2e– =[Zn(OH)4]2- (3) 特点 反应物接触面积增大，反应速率加快， 电池内阻减少，电流大、电压高、寿命长 Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 2MnO2 + 2H2O +2e– = 2MnOOH + 2OH– 一次电池 4. 纽扣电池 (1) 结构 Zn + Ag2O + H2O = 2Ag + Zn(OH)2 (2) 工作原理 锌外壳作负极，正极为Ag2O，KOH为电解质溶液 负极：Zn+ 2OH- -2e- =Zn(OH)2 正极：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag + 2OH- (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 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 二次电池 3. 铅酸蓄电池 H2SO4 Pb(铅) PbO2 (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 氧化反应 还原反应 二次电池 (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 增加 增大 减弱 3. 铅酸蓄电池 二次电池 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 3. 锂电池 2022北京冬奥会的成功举办，不但给全世界留下了精彩纷呈的冰雪记忆，也创造了多项令人激动的世界“首次”。对于城市文化而言，北京市由此成为世界上的首座双奥之城，而对于汽车行业来说，北京冬奥则成为世界奥林匹克历史上，首次大规模应用新能源车型(氢燃料电池车) 的一届盛会。 探·知识奥秘 燃料电池的特点 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。【NB虚拟实验】碱性 氢氧燃料电池 https://s.nobook.com/index.html?id=331253 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。 化学电源 剖析：燃料电池 探·知识奥秘 分析：以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 负极 正极 H2 － 2e- ＝ 2H+ O2 ＋2H+ ＋2e- ＝ H2O 1 2 H2 ＋ O2 ＝ H2O 1 2 总反应 H2 O2 (吸附效果更好) (pH↓) (pH↑) 电解质溶液呈酸性(H2SO4) 化学电源 剖析：燃料电池 探·知识奥秘 18 分析：以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 负极 正极 总反应 H2 O2 (吸附效果更好) 电解质溶液呈碱性(KOH) H2－2e-＋2OH-＝2H2O O2＋H2O＋2e-＝2OH- 1 2 H2 ＋ O2 ＝ H2O 1 2 (pH↓) (pH↑) 化学电源 剖析：燃料电池 探·知识奥秘 19 燃料电池具有广阔的发展前景。除了氢气，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体均可作燃料电池的燃料。燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过80％，远高于转化率仅30％ 多的火力发电，大大提高了能源的利用率。 甲烷 (CH4) 肼(N2H4) 甲醇(CH3OH) 氨(NH3) 课后思考：酸性(碱性)条件下，甲烷、肼、甲醇、氨作为燃料时，负极的电极反应式? 探·知识奥秘 分析：以甲烷为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 负极 正极 总反应 CH4 O2 (吸附效果更好) 电解质溶液呈酸性(H2SO4) CH4－8e-＋2H2O＝CO2＋8H+ (pH↓) (pH↑) O2＋4H+＋4e-＝2H2O CH4＋2O2＝CO2＋2H2O 配平小技巧：用H+调电荷守恒 化学电源 剖析：燃料电池 探·知识奥秘 生活中的电池 学习评价 把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。对比两极材料的活动性。（填> 、<） 若A、B相连时，A为负极； A B C、D相连时，D上有气泡逸出； C D A、C相连时，A极减轻； A C B、D相连时，B为正极。 B D > < > > 原电池原理的应用：可以比较金属的活动性 学习评价 Al Mg HCl溶液 Mg作负极 Al Mg NaOH溶液 Al作负极 Cu Fe 稀HNO3 Fe作负极 Cu Fe 浓HNO3 Cu作负极 活泼金属不一定负极，要考虑内电路的环境 学习评价 Al Mg NaOH溶液 Al作负极 Cu Fe 浓HNO3 Cu作负极 活泼金属不一定负极，要考虑内电路的环境 Lavf58.20.100 $