6.3.2 化学电源-课件-2026-2027学年高一下学期化学苏教版必修第二册

该高中化学课件聚焦化学电源，涵盖工作原理、分类及电极反应式书写。通过生活中智能手机、新能源汽车等实例导入，以原电池原理为基础，衔接一次、二次电池及燃料电池的结构与反应，构建从基础到应用的学习支架。 其亮点在于结合互动讨论（如心脏起搏器、电动汽车场景电池选择）培养科学探究与实践能力，通过废旧电池回收、新能源发展内容渗透科学态度与责任。电极反应式书写分步骤结合介质环境，体现科学思维，助力学生提升分析能力，教师可高效落实核心素养教学。

第三节 化学能与电能的转化 课时2 化学电源 专题六 化学反应与能量变化 1 一、化学电源 学习目标 01 理解工作原理 深入理解原电池的工作原理，掌握电子转移与化学能转化为电能的微观过程。 02 掌握结构与反应 掌握常见化学电源（如干电池、蓄电池、燃料电池等）的内部结构与电极反应方程式。 03 分析电池优缺点 能够结合实际应用场景，综合分析各类化学电源的性能特点、优缺点及环保影响。 导入：生活中的化学电源 从便携设备到绿色出行，化学电源无处不在，驱动着现代社会的运转。 智能手机 高能量密度锂电池 便携电脑 长续航聚合物电池 新能源汽车 动力电池组技术 航空航天 特种燃料电池 原电池工作原理回顾 本质： 将 化学能 转化为 电能 的装置。通过自发的氧化还原反应产生电流。 负极 (-) 失去电子 · 发生氧化反应 正极 (+) 得到电子 · 发生还原反应 1 外电路（导线） 电子由负极流向正极；电流由正极流向负极。 2 内电路（溶液） 阴离子移向负极；阳离子移向正极，形成闭合回路。 化学电源的分类 一次电池 不可充电 典型代表：干电池 活性物质消耗到一定程度就不能再使用的电池。放电后不能用充电的方法使内部活性物质再生的电池。 锌锰干电池 碱性锌锰电池 二次电池 可循环使用 典型代表：铅蓄电池、锂电池 又称充电电池或蓄电池。放电后可以再充电使活性物质获得再生，从而循环使用的电池。 铅酸蓄电池 锂离子电池 燃料电池 连续供能 典型代表：氢氧燃料电池 一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。只要连续输入燃料和氧化剂，就能连续发电。 能量转化率高 清洁环保无污染 干电池原理 一次电池：锌锰干电池 剖面结构 原理示意 1 普通锌锰干电池 （酸性） - 负极 (锌筒) Zn - 2e⁻ = Zn²⁺ + 正极 (石墨棒) 2MnO₂ + 2NH₄⁺ + 2e⁻ = Mn₂O₃ + 2NH₃↑ + H₂O 电解质：NH₄Cl、ZnCl₂ 和 H₂O 糊状物 总反应：Zn + 2MnO₂ + 2NH₄⁺ = Zn²⁺ + Mn₂O₃ + 2NH₃↑ + H₂O 2 碱性锌锰干电池 改进：将电解质 NH₄Cl 替换为 KOH，克服了普通干电池易漏液、储存时间短的缺点，比能量更高。 负极 (锌粉) Zn + 2OH⁻ - 2e⁻ = Zn(OH)₂ 正极 (MnO₂) 2MnO₂ + 2H₂O + 2e⁻ = 2MnOOH + 2OH⁻ 二次电池：铅蓄电池 化学电源 电池结构 ▪ 正极：二氧化铅 (PbO2) ▪ 负极：海绵状铅 (Pb) ▪ 电解质：稀硫酸 (H2SO4) 图1：铅蓄电池内部结构示意图 工作原理与可逆性 铅蓄电池是一种典型的二次电池，其充放电过程具有高度的可逆性： 放电过程 (原电池) 化学能转化为电能，消耗硫酸，生成硫酸铅和水。 充电过程 (电解池) 电能转化为化学能，硫酸铅和水重新生成铅、二氧化铅和硫酸。 图2：放电原理示意图 总反应方程式 Pb + PbO2 + 2H2SO4 放电 ⟶ ⟵ 充电 2PbSO4 + 2H2O 二次电池：锂离子电池 “摇椅式”充放电原理 锂离子电池的工作原理基于锂离子（Li⁺）在正负极材料之间的嵌入和脱嵌： 充电时：Li⁺ 从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态。 放电时：Li⁺ 从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。 形象比喻：Li⁺ 就像一把摇椅，在正负极之间来回摇摆，因此被称为“摇椅电池”。 核心优势 高能量密度 比同等重量的镍镉或镍氢电池高出一倍以上，设备更轻薄。 高工作电压 单体工作电压可达 3.7V，是镍镉电池的3倍。 长循环寿命 充放电循环次数多，且无记忆效应，自放电率极低。 绿色环保 不含有毒有害重金属（如铅、镉、汞），对环境友好。 锂离子电池充放电原理示意图 各类锂离子电池实物 二次电池：银锌纽扣电池 放电过程 负极： 正极： Zn-2e-+ 2OH-==Zn(OH)2 Zn Ag2O KOH溶液 电解质： Ag2O + H2O +2e-==2Ag + 2OH- 总反应： Zn +Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2 二次电池：镍氢电池 放电过程 负极： 正极： MH-e- +OH-=M+H2O MH NiO(OH) KOH溶液 电解质： NiO(OH)+e- =NiO+OH- 总反应： NiO(OH)+MH NiO +M+H2O 燃料电池：氢氧燃料电池 工作原理 氢氧燃料电池是一种将氢气和氧气的化学能直接转化为电能的装置。氢气在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应。 高效 环保 产物仅为水，无污染，能量转化率高。 电极反应式 (以酸性电解质为例) 负极： 2H₂ - 4e⁻ → 4H⁺ 正极： O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O 总反应： 2H₂ + O₂ → 2H₂O 图：氢氧燃料电池工作原理示意图 二、电解 电解 将电能转化为化学能的装置 利用电解我们可以获得普通化学方法难以制备的物质。 应用： 二次电池的充电，冶炼活泼金属钠、镁、铝等 应用： 电解水制得氢气和氧气；电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。 电解 电解池 典例解析 例1、Mg­AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　) A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋ B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑ B 三、电极反应式的书写及判断 重点突破：电极反应式书写方法 METHODOLOGY 核心思路总结 书写电极反应式需遵循严密的逻辑步骤，从物质得失电子出发，结合环境配平，最后通过总式验证，确保电荷与质量双守恒。 关键提醒 电解质环境决定产物形态！ ■ 酸性环境：考虑 H⁺ 参与或生成，不能出现 OH⁻ ■ 碱性环境：考虑 OH⁻ 参与或生成，不能出现 H⁺ ■ 中性环境：通常考虑 H₂O 参与或生成 书写思路流程图 Step-by-Step Guide 典例解析：电极反应式实战 以甲烷燃料电池 (CH₄ - O₂) 为例，分步演示书写过程 核心法则：总反应式 - 正极反应式 = 负极反应式 酸性环境 (如 H₂SO₄ 溶液) 1 写出总反应式 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O 2 写出正极反应式 (O₂ 得电子，酸性条件下生成 H₂O) 2O₂ + 8H⁺ + 8e⁻ → 4H₂O 3 相减得负极反应式 (总反应 - 正极反应) CH₄ - 8e⁻ + 2H₂O → CO₂ + 8H⁺ 碱性环境 (如 KOH 溶液) 1 写出总反应式 (CO₂ 会与 OH⁻ 反应) CH₄ + 2O₂ + 2OH⁻ → CO₃²⁻ + 3H₂O 2 写出正极反应式 (O₂ 得电子，碱性条件下生成 OH⁻) 2O₂ + 4H₂O + 8e⁻ → 8OH⁻ 3 相减得负极反应式 (总反应 - 正极反应) CH₄ - 8e⁻ + 10OH⁻ → CO₃²⁻ + 5H₂O 燃料电池电极反应式的书写 (1)电极判断的方法： 分析电池中发生氧化还原反应的方程式，化合价升高失电子的物质(如燃料电池中的可燃物)为负极反应物，化合价降低得电子的物质(如燃料电池中通的空气或氧气)为正极反应物。 燃料电池电极反应式的书写 (2)电极反应式的书写： ①规律：原电池的两电极反应式之和即为总反应式。 ③注意事项：一看电极材料；二看介质环境；三看附加条件与信息。 ②介质环境：结合介质环境和电荷守恒，补充适当的微粒，如酸性为H＋和H2O、碱性为OH－和H2O。 典例解析 例2．如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题： (1)酸式电池的电极反应： 负极：________________， 正极：__________________； 电池总反应： _________________________。 　　2H2＋O2===2H2O 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 典例解析 例2．如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题： (2)碱式电池的电极反应： 负极：________________， 正极：__________________； 电池总反应： _________________________。 2H2＋O2===2H2O 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 课堂小结 原电池原理 能量转化：化学能转化为电能的装置 构成条件：两极、一液、一回路、自发氧化还原反应 工作机制：电子由负极经外电路流向正极 化学电源分类 一次电池：不可充电（如锌锰干电池） 二次电池：可充电循环使用（如铅蓄电池、锂离子电池） 燃料电池：连续供能，高效环保（如氢氧燃料电池） 电极反应式 负极反应：失电子，发生氧化反应 正极反应：得电子，发生还原反应 书写原则：遵循质量守恒与电荷守恒，注意电解质环境 随堂练习 1、铅蓄电池工作原理如下图所示，在电池工作时PbO2，电极发生反应，PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O，下列说法不正确的是(　　 ) A．该电极反应中PbO2是氧化剂 B．铅蓄电池是二次电池 C．放电时，电子由PbO2电极经H2SO4溶液回到Pb电极 D．该电池放电过程中，正、负极转移电子相等 C 随堂练习 2、乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应为：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意如图，下列说法中，正确的是(　　) A．电池工作时，质子向电池的负极迁移 B．电池工作时，电子由b极沿导线流向a极 C．b极上发生的电极反应式是：4H＋＋O2＋4e－===2H2O D．a极上发生的电极反应式是：C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋ C 互动讨论：电池的选择 小组活动 讨论任务： 针对以下三个不同的应用场景，探讨应选择何种类型的电池，并列出你们的核心理由（如：能量密度、安全性、寿命、体积等）。 场景一：心脏起搏器 植入人体内部，更换困难 需要极高的可靠性和安全性 体积必须极其微小 思考：哪种原电池能满足长达10年以上的稳定放电？ 场景二：电动汽车 需要提供强大的动力输出 要求长续航（高能量密度） 必须可反复充放电（二次电池） 思考：目前市场上主流的解决方案是什么？为什么？ 场景三：野外手电筒 环境恶劣，可能面临极端温度 无法随时充电，需备用电源 要求便携且保质期长 思考：干电池、锂电池还是其他类型更合适？ 核心素养： 培养证据推理能力与工程实践思维 科学态度与社会责任 废旧电池的危害与回收 环境污染隐患 废旧电池中含有铅、汞、镉等重金属及酸碱电解质，随意丢弃会导致严重的土壤和地下水污染，破坏生态平衡。 资源循环利用 通过科学的分类回收与处理技术，可提取其中的有价金属（如钴、锂、镍），实现资源的二次利用，减少矿产开采。 践行绿色生活 培养环保意识，主动参与电池回收体系，是每个公民应尽的社会责任，共同守护绿水青山。 新能源电池的发展前景 前沿技术突破 固态电池、钠离子电池等新型化学电源正处于快速发展期，致力于解决传统液态电池的安全隐患与能量密度瓶颈。 性能全面提升 新一代电池技术将带来更高的能量密度、更快的充电速度、更长的循环寿命以及更优异的极端环境适应性。 助力双碳目标 高效清洁的新能源电池是推动能源结构转型、实现“碳达峰、碳中和”宏伟目标的核心驱动力。 "化学不仅是探索物质变化的科学，更是解决人类能源与环境危机、推动社会可持续发展的关键力量。" Lavf60.4.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf60.4.100 $