6.1.3 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

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 化学电源 你了解吗？ 干电池 铅蓄电池 手机锂电池 氢燃料电池汽车 常见的电池 常见的电池如何分类？ 一次电池 二次电池 燃料电池 （干电池） 普通锌锰电池 银锌电池 （充电电池、蓄电池） 铅酸蓄电池 镍氢电池 锂离子电池 大本P44 名称 干电池 (一次电池) 充电电池 (二次电池) 燃料电池 特点 活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后,不能再使用 放电后可再充电使活性物质获得再生 电极本身不包含活性物质,只是一个催化转换元件 电解质溶液为胶状,不流动 可以多次充电, 重复使用 工作时,燃料和氧化剂连续由外部供给,在电极不断进行反应,生成物不断被排出 举例 普通的锌锰电池 碱性锌锰电池 银锌电池…… 铅酸蓄电池 锂离子电池 镍氢电池…… 氢氧燃料电池 CH4燃料电池 CH3OH燃料电池…… 主要内容 1.一次电池 一、化学电源 负极（锌筒）：Zn – 2e- = Zn2+ 氧化反应 正极（石墨棒）：MnO2 得电子 还原反应 课本 P38大本 P44 一次电池放电后不可再充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行） 一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池 ①普通锌锰电池 +2e-+2MnO2=2NH3 ↑+Mn2O3+H2O 总反应： Zn+2MnO2+2NH4+ = Zn2+ +Mn2O3+2NH3↑+H2O 0 +4 +2 +3 优点：制作简单，便于携带，价格便宜； 缺点：放电时间短，电压下降快； 容易漏液（锌外壳变薄；糊状NH4Cl显酸性） 如何改良？ 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。 一、化学电源 思考 【资料卡片】锌锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部糊状电解质会泄露出来。 为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH，制成了碱性锌锰电池。 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)， 写出负极的电极反应式：____________________________。 Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 碱性锌锰电池 主要内容 1.一次电池 一、化学电源 课本 P38大本 P44 ②碱性锌锰电池 Zn+2OH- - 2e- =Zn(OH)2 总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2 0 +4 +3 +2 负极 电解质溶液 2MnO2+2H2O+2e- =2MnO(OH)+2OH- 正极 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 pH值增大 体系pH值如何变化？ 主要内容 1.一次电池 一、化学电源 课本 P38大本 P44 ③锌银电池（纽扣电池） Zn+2OH- - 2e- =Zn(OH)2 总反应：Zn+Ag2O+2H2O = 2Ag+Zn(OH)2 负极 Ag2O+H2O+2e- =2Ag+2OH- 正极 银锌纽扣电池电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。 2.二次电池(充电电池) 一、化学电源 主要内容 课本 P38大本 P44 （1）特点： （2）能量转化： （3）常见的二次电池： 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 铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等 新一代可充电的绿色电池 锂离子电池 广泛使用的铅酸蓄电池 优点：电流稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉 缺点：单位质量输出的电能少（比能量低），废弃电池污染环境 2.二次电池(充电电池) 一、化学电源 氧化反应 还原反应 主要内容 课本 P38大本 P44 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(电解质)中 负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) 2PbSO4 (s) + 2H2O(l) ①铅蓄电池 2.二次电池(充电电池) 一、化学电源 了解 课本 P38大本 P44 ①铅蓄电池 普兰特 普兰特1859年发明的铅酸电池原型 第一辆铅酸电池电动汽车 1881年，法国科学家卡米尔·阿方斯·富尔改进了电池的设计，第一辆用铅酸电池为动力的三轮车诞生，车重为160kg，但时速仅为12km/h。 练习巩固 (1)负极材料是____，正极材料是______，电解质溶液是______。 (2)工作时，电解质溶液中的H＋移向___________极。 1.铅酸蓄电池构造如图所示，工作时电池总反应为 Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。 按要求回答下列问题： (3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度_____(填“增大”“减小”或“不变”)。 Pb PbO2 硫酸 PbO2(或正) 减小 (4)当铅酸蓄电池向外电路提供2 mol电子时，理论上负极板的质量增加____ g。 96 Pb-2e-→PbSO4，增加一个 2.二次电池(充电电池) 一、化学电源 主要内容 课本 P38大本 P44 ②锂离子电池 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。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。 (1) 结构 (2) 工作原理 负极材料：嵌锂石墨 正极材料：钴酸锂（LiCoO2） 电解质溶液：含Li+的有机电解液（无水环境） 负极： LixC6 - xe- = xLi+ + C6 正极： Li1-xCoO2 +xLi+ +xe- = LiCoO2 总反应： LixC6 + Li1-xCoO2 = LiCoO2 + C6 优点：能量密度大，没有记忆效应。循环性能优越、可快速充放电。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。 缺点：价格较昂贵。 用途：广泛用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备。 补充 一、化学电源 锂(金属)电池 一次电池 + - 负极 ： 正极 ： (Li) (MnO2) Li－e- = Li＋ 放电总反应： Li＋MnO2 = LiMnO2 【思考】是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？原因？ b a b a 电流方向：由 极流向 极(填字母) 电子方向：由 极流向 极(填字母) 否，Li 是活泼金属，能与水反应 2Li＋2H2O= 2LiOH+H2↑ MnO2＋Li＋＋e- = LiMnO2 了解 一、化学电源 电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节一号电池烂在地里，能使１万平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。 废旧电池的回收利用 3.燃料电池 一、化学电源 主要内容 课本 P39大本 P45 氢燃料电池车 燃料电池是一种能量转化装置，将燃料的化学能转化为电能。 氢氧燃料电池利用了电解水的逆反应，以C或Pt作为电极材料，实现能量转化。 氢氧燃料电池发热效率高、产物仅为水、可实现完全无污染 资料卡片 3.燃料电池 一、化学电源 主要内容 课本 P39大本 P45 利用原电池的工作原理，燃料和氧化剂分别放在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。 反应物不储存在电池内部， 由外设设备提供燃料和氧化剂。 高效(能量转化率可以达到80%以上), 环境友好。 优点 3. 与其他电池的区别 2. 原理 1. 常用燃料：H2、甲烷CH4、乙醇C2H5OH 氧化剂：O2 3.燃料电池 一、化学电源 主要内容 课本 P39大本 P45 ①氢氧燃料电池 总反应：2H2 + O2 ＝ 2H2O O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 负极： 正极： 2H2 - 4e- + 4OH－ ＝ 4H2O 负极： 正极： O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O 2H2 - 4e- ＝ 4H+ 酸性: O2 H2 H2SO4(aq) O2 H2 KOH(aq) 碱性： ✪书写电极反应式，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。 3.燃料电池 一、化学电源 主要内容 课本 P39大本 P45 ②甲烷燃料电池 负极：通入CH4 正极：通入O2 酸性 H2SO4 电池反应 负极 正极 碱性 KOH 电池反应 负极 正极 CH4 + 2O2 == CO2 + 2H2O CH4 + 2O2 + 2OH- == CO32- + 3H2O CH4 + 2H2O - 8e- == CO2 + 8H+ CH4 + 10OH- - 8e- == CO32- + 7H2O 2O2 + 8H+ + 8e- == 4H2O 2O2 + 4H2O + 8e- == 8OH- 3.燃料电池 一、化学电源 主要内容 课本 P39大本 P45 ③熔融盐燃料电池 负极 正极 燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3 总方程式：2H2＋O2＝2H2O 正极：O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32- 负极：H2 - 2e- + CO32- = CO2 + H2O 3.燃料电池 一、化学电源 主要内容 课本 P39大本 P45 注意 ①、电极材料不一定是金属，C棒等导电材料也可作为电极， 为还原反应和氧化反应提供得失电子的场所 ②、燃料电池中，常用双碳棒、双铂棒作为电极材料， “燃料”作负极反应物、O2作正极反应物 燃料电池中不需要“点燃”，利用二者电位差产生电子转移 3.燃料电池 一、化学电源 主要内容 课本 P39大本 P45 发展中的燃料电池 燃料电池是一种将燃料（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，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。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。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。 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。 ① ② ③ 练习巩固 1.判断正误 (1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电(　　) (2)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应(　　) (3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能(　　) (4)原电池中正极材料一定发生还原反应(　　) (5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子(　　) × × × × × 燃烧（如火力发电）：化学能 → 热能 → 机械能 → 电能 燃料电池：燃料（如 H2）与氧化剂（O2）在电极与催化剂作用下，不直接接触、不燃烧，通过两个分开的半反应完成电子转移。 化学能 → 电能（+ 少量热） 课时10 T7 7. 燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是 A.负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B.负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O C.随着放电的进行，溶液的OH－浓度不变 D.放电时溶液中的阴离子向负极移动 √ 这是正极反应式 CH4＋10OH-－8e-=== ＋7H2O 减小 1.书写电极反应式的原则——守恒 二、电极反应式的书写 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 核心内容 大本 P44 二、电极反应式的书写 核心内容 大本 P44 判 找 标 配 准确找出电极反应物和电极产物 准确判断电池的正、负极 根据有关元素化合价变化标出电子得失数目 根据环境配平电荷，最后根据原子个数配平电极反应式 四步法弊端：必须知道反应原理，能正确找出氧化剂和还原剂及其对应产物 2.书写电极反应式方法——四步法 尝试写出甲烷燃料电池（CH4-O2-KOH溶液）的电极反应式 二、电极反应式的书写 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 核心内容 大本 P44 第三步　依据电解质性质，用OH-使电荷守恒 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； 二、电极反应式的书写 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-； 核心内容 大本 P44 大本P46 5.现有如下两个反应。 A.NaOH+HCl═NaCl+H2O B.Cu+2Ag+═2Ag+Cu2+ (1)根据以上两个反应的本质,判断能否用于设计成原电池? 若不能,请说明原因:　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)请利用能设计为原电池的反应设计一个原电池,写出正、负极材料,电极反应式,电极反应类型以及电解质溶液。 负极:　　　　,　　　　　　　　　　　,　　　　　　。  正极:　　　　,　　　　　　　　　　　,　　　　　　。  电解质溶液:　　　　　　　　　　　。  二、电极反应式的书写 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+ 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 练习 典例剖析 【例4】 Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和石墨棒,电解质溶液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2═4LiCl+S+SO2↑。请回答下列问题: (1)电池的负极材料为　　　,发生的电极反应为　 　 。  (2)电池正极发生的电极反应为　　　　　　　　　　。  (4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是 　　　　　　　　　　　　　　。 Li Li - e- ═ Li+ 2SOCl2 + 4e- ═ 4Cl- + S + SO2↑ 电极材料Li能与氧气、水反应,且SOCl2也能与水反应 大本P45 大本P45 学以致用 4.一种可穿戴电池的结构如图所示,其中凝胶电解质不易漏液,耐火性能良好。其电池的总反应为V2O5+xZn═ZnxV2O5。关于该电池工作原理,下列说法错误的是(　　)。 A.Zn为负极 B.正极反应式为V2O5+xZn2++2xe-═ZnxV2O5 C.电子由负极经隔离膜流向正极 D.凝胶电解质可提高电池的安全性和稳定性 C 课时10 T3 3. 镍氢电池是可充电电池，它的总反应是 H2＋NiO(OH)===Ni(OH)2， 根据此反应判断，下列说法正确的是 A.电池放电时，电池负极周围溶液的碱性不断增大 B.电池放电时，镍元素被氧化 C.电池放电时，氢元素被还原 D.电池放电时，通入H2的一极是负极 √ H2－2e-＋2OH-===2H2O OH-↓，pH减小 镍被还原 NiO(OH)＋H2O＋e-===OH-＋Ni(OH)2 氢被氧化 4.汽车的启动电源常用铅蓄电池,该电池在放电时的总反应方程式为PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l),根据此反应判断,下列叙述正确的是 (　　) A.PbO2是电池的负极 B.正极的电极反应式为Pb+S-2e-===PbSO4 C.铅蓄电池放电时,每转移2 mol电子消耗1 mol H2SO4 D.电池放电时,两电极质量均增加,且每转移2 mol电子时正极质量增加64 g D 课时10 T4 正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O 假期卷子一份，答案写在答题卡上，下周一晚订正好答案上交答题卡！ 完成基础课时10（T14、T15、T16(3)选做） 课本P27-28，完成后订正答案（4班） 完成小本P18（下周评价） 清明假期回来当晚收笔记本 作业 34 课时10 T14 14.通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量,其工作原理如图所示,下列说法不正确的是 (　　) A.Pt电极上发生的是还原反应 B.外电路中,电子从Pt电极流向NiO电极 C.NiO电极上的电极反应式为NO+O2--2e-===NO2 D.O2的电极反应产物是O2- B 迅速确认原电池正负极： 电极材料活泼性 进出物质的价态 电解质中离子的移动方向 根据正负极的反应特点，结合电解质，确定电极和电池反应 课时10 T15 15.新型微生物电池可应用于酸性有机废水(含C6H6O)的处理,其放电时的工作原理如图所示,其中交换膜为质子交换膜。下列说法正确的是 (　　) A.N极为电池的负极 B.工作时,氢离子从N极移向M极 C.N极的电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O D.标准状况下,N极消耗22.4 L O2,M极产生CO2的体积为22.4 L C 质子交换膜 是一种只允许质子（H+） 通过，同时阻隔电子与气体的高分子半透膜，是氢燃料电池、PEM 电解水制氢的核心部件。 课时10 T16 (3)金属(M)⁃空气电池(如图)具有原料易得、 能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。 该类电池放电的总反应方程式为4M+nO2+2nH2O===4M(OH)n。 已知:①电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。 ②阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过。 比较Mg、Al、Zn三种金属⁃空气电池,则Mg、Al、Zn分别作为电极时“理论比能量”由大到小的顺序为　　　　　　　　　　　　　　,该电池正极的电极反应式为_________________________,  若为Mg⁃空气电池,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用　　　　(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。  Al>Mg>Zn O2+2H2O+4e-===4OH- 阳离子 Lavf58.20.100 CH4 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 $