4.1 化学电池 课件-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学电池，系统涵盖一次电池、二次电池、燃料电池的分类、工作原理及应用，通过电解水能量转化推测导入，结合日常电池使用提问，衔接原电池原理，搭建理论到实践的学习支架。 其亮点是分类清晰且实例丰富，如铅酸蓄电池充放电反应、氢氧燃料电池不同介质电极反应分析，配合装置示意图辅助理解，体现科学思维与科学探究。学生能深化物质结构决定性质的化学观念，教师可借助分类对比提升教学效率。

第 1 节 原电池 第四章 化学反应与电能 第（ⅱ）课时 　化学电池 电解水可得到H2和O2，依据能量守恒推测： H2与O2反应由化学能转化为电能的过程也可能实现。 这一过程能否实现呢？是怎样发生的呢？ 日常生活中你用过哪些电池， 你知道如何选择电池吗？ 1.化学电源概述 分类： (2) 判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小。 ③电池可储存时间的长短。 一次电池（干电池） 二次电池（可充电电池） 燃料电池 常见化学电源及分类 正极(MnO2和C)： 电池总反应： 负极(Zn)： Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl == 2MnO(OH) + ZnCl2 + 2NH3 Zn﹣2e− == Zn2+ （氧化反应） 2MnO2 + 2NH4+ + 2e− == 2MnO(OH) + 2NH3 （还原反应） （酸性电解质溶液） 制作简单、价格便宜。 电池容易自动放电，使存放时间较短，长时 间放置可能会漏液；放电后电压下降较快。 优点： 缺点： 一次电池 普通锌锰干电池的结构 锌筒 MnO2和C NH4Cl、ZnCl2 和 H2O 等 石墨棒 放电后不可再充电的电池 普通锌锰干电池 一次电池 负极(Zn)： Zn + 2OH−﹣2e− == Zn(OH)2 （氧化反应） 正极(MnO2和C)： 2MnO2 + 2H2O + 2e− === 2MnO(OH) + 2OH− （还原反应） 总反应： Zn + 2MnO2 + 2H2O == 2MnO(OH) + Zn(OH)2 缺点： 多数只能一次使用，不能充电；价格较贵 优点： 比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电 放电后不可再充电的电池 （碱性电解质溶液） 碱性锌锰干电池 一次电池 放电后不可再充电的电池 纽扣式银锌电池 负极(Zn)： 正极(Ag2O)： 总反应： Zn＋Ag2O＋H2O == Zn(OH)2＋2Ag Zn＋2OH−﹣2e− == Zn(OH)2（氧化反应） Ag2O＋H2O＋2e− == 2Ag＋2OH−（还原反应） （电解质溶液：KOH溶液） 锂亚硫酰氯电池（Li﹣SOCl2） 总反应：8Li + 3SOCl2 === 6LiCl + Li2SO3 + 2S 负：8Li﹣8e− == 8Li+ 正：3SOCl2 + 8e− == 6Cl− + S+ 2S 用途：质轻、高能（比能量高）、高工作效率、高稳定电压、 工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。 二次电池又称可充电电池或蓄 电池，放电后可再充电，反复使用 实例：铅酸蓄电池（构造） 充、放电总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 0 + 2 + 4 Pb PbO2 二次电池 — 塑料 （外壳） 二次电池 铅酸蓄电池 充、放电总反应：Pb (s) + PbO2 (s) + 2H2SO4 (aq) 2PbSO4 (s) + 2H2O (l) 电池放电反应原理 负极：Pb (s) － 2e－ ＋ S(aq) == PbSO4 (s) 正极：PbO2 (s) ＋2 e－ ＋ 4 H＋(aq) ＋ S(aq) == PbSO4 (s) ＋2H2O (l) 放电过程中，负极质量逐渐增大，电解质溶液稀硫酸的浓度逐渐减小（pH升高） PbSO4难溶于水 阴极：PbSO4 (s) ＋2e－ == Pb (s) ＋ S(aq) 阳极：PbSO4 (s) －2e－ ＋ 2H2O (l) == PbO2 (s) ＋2 e－ ＋4 H＋(aq) ＋ S(aq) ◆⸎ 充电时，正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连 铅酸蓄电池如何充电？如何书写充电时的电极反应式？ 充电总反应： 2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 充电时，正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连 PbSO4 (s) +2e- === Pb(s) + (aq) 阴极： 阳极： PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- === PbO2(s) + 4H+(aq)+ (aq) (3)充电反应原理：充电过程与其放电过程相反。 (4)铅酸蓄电池的优缺点： ①优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。 ②缺点：比能量低、笨重。 二次电池（可充电电池） 1. 甲烷燃料电池 (1) 酸性介质中 负极：_______________________________； 正极：_________________________； 总反应式：___________________________。 (2) 碱性介质中 负极：___________________________________； 正极：_________________________； 总反应式：___________________________________。 CH4 + 10OH− ﹣8e− === C + 7H2O 2O2 + 8H+ + 8e− === 4H2O CH4 + 2O2 + 2OH− === C + 3H2O CH4 + 2H2O﹣8e− === CO2 + 8H+ 2O2 + 8H+ + 8e− === 4H2O CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O CH4 空气 甲烷燃料电池在酸性条件下，+4价C元素全部转化为CO2； 碱性条件下， +4价C元素全部转化为C。 两种介质中： 电池的总反应不同 燃料电池   酸性电解质（稀 H2SO4 / 质子交换膜） 碱性电解质（KOH 溶液） 负极反应 正极反应 总反应方程式 2H2＋O2 === 2H2O （ 条件不写“点燃”!!! ） 氢氧燃料电池 燃 料 氧 化 剂 正极 负极   酸性电解质（稀 H2SO4 / 质子交换膜） 碱性电解质（KOH 溶液） 负极反应 2H2－4e－ === 4H＋ 正极反应 O2＋4e－＋4H＋ === 2H2O 总反应方程式 2H2＋O2 === 2H2O （ 条件不写“点燃”!!! ） 氢氧燃料电池 燃 料 氧 化 剂 正极 负极   酸性电解质（稀 H2SO4 / 质子交换膜） 碱性电解质（KOH 溶液） 负极反应 2H2－4e－ === 4H＋ 2H2－4e－＋4OH－ === 4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋ === 2H2O O2＋4e－＋2H2O === 4OH－ 总反应方程式 2H2＋O2 === 2H2O （ 条件不写“点燃”!!! ） 氢氧燃料电池 燃 料 氧 化 剂 【典例】一极通入CO为燃料，一极通入空气 和CO2混合气体为助燃气，以Li2CO3 的熔融盐作电解质的电池。 总反应式：2CO + O2 = 2CO2 正极：O2+2CO2+4e- = 2C 负极：2CO+2C-4e- = 4CO2 【练习】CH4-熔融碳酸盐燃料电池 总反应：CH4＋2O2 = CO2＋2H2O CH4 空气 熔融盐燃料电池 2. 固体电解质燃料电池 构造示意图如图所示。该电池以稀土金属材料作电极，两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体， 它在高温下能传导O2－。 负极反应式：______________________________； 正极反应式：______________________________； 总反应式：________________________________。 CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋2O2===CO2＋2H2O 固体氧化物燃料电池 离子交换膜 是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。 膜电池 负极 LixCy 负极 LixCy ⸎ 锂离子电池存在的不足？ 资料：锂电池充电过程中，锂 金属表面会逐渐析出尖锐的锂 枝晶，有可能穿透正负极之间 的隔膜，造成电池内部短路， 引发电池自燃，造成爆炸。 ❶. 增加隔膜的强度 ❷. 抑制或阻碍锂枝晶的形成 ◆ ⸎ 需解决： 负极 LixCy 锂离子电池 新一代可充电电池 （ⅰ）钴酸锂离子电池： 负极材料：嵌锂层状石墨（LixC6） 正极材料：钴酸锂（Li1－xCoO2） 电解液：锂导电有机电解液 【无水】 锂离子电池 新一代可充电电池 （ⅰ）钴酸锂离子电池： 负极材料：嵌锂层状石墨（LixC6） 正极材料：钴酸锂（Li1－xCoO2） 电解液：锂导电有机电解液 Li+ 从 LiCoO2 晶体中脱嵌， 由正极回到负极，嵌入石墨中 充、放电总反应方程式： LixC6＋Li1－xCoO2 6C＋LiCoO2 阴极：6 C＋ x e－ ＋ x Li＋ == LixC6 阳极：LiCoO2 － x e－ == x Li＋ ＋Li1－xCoO2 负极：LixC6 － x e－ == x Li＋ ＋6 C 正极：Li1－xCoO2 ＋ x e－ ＋ x Li＋ == LiCoO2 Li+ 自石墨中脱嵌移向正极， 嵌入 LiCoO2 晶体 ◆⸎ ◆⸎ 锂离子电池 新一代可充电电池 （ⅱ）磷酸铁锂系锂离子电池： 负极：LixC6 － x e－ == x Li＋ ＋6 C 正极：Li1－xFePO4 ＋ x e－ ＋ x Li＋ == LiFePO4 充、放电总反应： LixC6 ＋Li1－xFePO4 6C＋LiFePO4 阴极：6 C＋ x e－ ＋ x Li ＋ == LixC6 阳极：LiFePO4 － x e－ == x Li＋ ＋Li1－xFePO4 锂离子电池 新一代可充电电池 （ⅱ）磷酸铁锂系锂离子电池： 负极：LixC6 － x e－ == x Li＋ ＋6 C 正极：Li1－xFePO4 ＋ x e－ ＋ x Li＋ == LiFePO4 充、放电总反应： LixC6 ＋Li1－xFePO4 6C＋LiFePO4 阴极：6 C＋ x e－ ＋ x Li＋ == LixC6 阳极：LiFePO4 － x e－ == x Li＋ ＋Li1－xFePO4 锂离子电池 新一代可充电电池 充、放电总反应： LixC6＋Li1－xFePO4 6C ＋LiFePO4 负极：LixC6 － x e－ == x Li＋ ＋6 C 正极：Li1－xFePO4 ＋ x e－ ＋ x Li＋ == LiFePO4 阴极：6 C＋ x e－ ＋ x Li＋ == LixC6 阳极：LiFePO4 － x e－ == x Li＋ ＋Li1－xFePO4 （ⅱ）磷酸铁锂系锂离子电池： (1)放电时，负极是_________，Li＋移向_________电极，正极的电极反应式为__________________________________________。 (2)充电时，原电池的负极称为阴极，正极称为阳极。 阴极反应式为____________________________________； 阳极反应式为______________________________________。 二、二次电池 思考交流 2.磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池，电池总反应为 Li1－xFePO4＋LixC6 LiFePO4＋C6， 其原理如图所示： 石墨电极 磷酸铁锂 Li1－xFePO4＋xe－＋xLi＋===LiFePO4 C6＋xLi＋＋xe－=== LixC6 LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋ 自我测试 1.一种锌锰碱性电池，其电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)==Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列说法错误的是 A.电池工作时，锌失去电子 B.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 C.电池负极上发生氧化反应 D.外电路中每通过0.4 mol电子，锌的质量理论上减小13.0 g √ 电子由负流向正 65 g Zn反应转移电子为2 mol 负极失电子发生氧化反应 自我测试 电子由负流向正 2. 化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是 A.甲中H＋移向铜电极 B.乙中正极反应式为Ag2O＋2e－＋2H＋===2Ag＋H2O C.丙中锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D.丁使用一段时间后电解质溶液的酸性减弱 √ 负 正 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ Zn－2e－===Zn2+ 总反应中硫酸被消耗 铜为原电池的正极，溶液中氢离子移向正极铜 自我测试 3.下列关于铅酸蓄电池的说法正确的是 A.放电时，正极发生的反应是 Pb＋－2e－===PbSO4 B.放电时，该电池的负极材料是铅板 C.充电时，电池中硫酸的浓度不断减小 D.放电时，负极质量减轻 √ PbO2作正极 充电：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋ 2H2SO4，硫酸浓度不断增大 正、负极质量均增加 4.锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是 A.Li是正极，MnO2是负极 B.放电时负极的反应：Li－e－===Li＋ C.放电时正极发生氧化反应 D.电池放电时，能量转化率可达到100% 自我测试 电子从负极经外电路流向正极 √ 锂失电子，作负极 还原反应 常伴随热量变化，则能量转化率小于100% 自我测试 5.Al-Ag2O电池是一种可用作水下动力的优良电 源，其原理如图所示。该电池工作时总反应式为 2Al＋3Ag2O＋2NaOH===2NaAlO2＋6Ag＋H2O， 则下列说法错误的是 A.Al电极作负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===Al＋2H2O B.工作时电解液中的OH－移向Ag2O/Ag电极 C.工作时正极发生还原反应，负极不断减重 D.当电极上生成1.08 g Ag时，电路中转移的电子为0.01 mol √ － ＋ OH－向负极(Al电极)移动 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 可知正极增重 Lavf59.27.100 Lavf56.40.100 负极：CH4－8e－＋4CO = 5CO2＋2H2O 正极：O2＋4e－＋2CO2 = 2CO $