1.2 化学能与电能的转化 第2课时（教学课件）化学苏教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学电源，系统讲解其分类、工作原理及电极反应式书写。从智能手机、新能源汽车等生活实例导入，衔接化学能与电能转化知识，通过一次电池、二次电池、燃料电池的分类构建学习支架，逐步深入具体电池原理。 其亮点在于结合生活情境培养化学观念，通过设计制作简单燃料电池的实验活动发展科学探究能力，例题剖析强化电极反应式书写的科学思维，废旧电池回收内容渗透科学态度与责任。学生能提升知识应用能力，教师可获得系统教学资源支持。

苏教版选择性必修 1 专题1 化学反应与能量 第2课时 化学电源 第二单元 化学能与电能的转化 1 二次电池 2 化学电源的分类和一次电池 1 3 燃料电池 学习内容导览 2 1.理解化学电源的工作原理，熟知化学电源的分类、特点及在生活、科技中的应用；结合实际认识电池使用对环境的影响，树立绿色环保与可持续发展的化学观念。 2.掌握二次电池的充放电循环过程与燃料电池的能量转化机制；熟练书写各类化学电源的电极反应式。 重点：能列举常见的化学电源，了解化学电源的分类及构成，并分析其工作原理和书写电极反应方程式。 难点：深入掌握各种电池的工作原理，熟练的书写电极反应方程式。 素养锚定·课标定位 从唤醒清晨的智能手机、助力办公的笔记本电脑，到穿梭街巷的电动自行车、驶向未来的新能源汽车；从守护生命的心脏起搏器，到遨游星海的空间站，化学电源如同“能量心脏”，为现代生活的便捷、绿色出行的普及与尖端科技的探索提供着源源不断的动力。这些形态各异的电池，构成了我们生活中不可或缺的能量网络。这节课我们来了解一下身边的电池是怎么构成的，工作原理是什么？ 身边的化学电源 情境启思·任务缘起 化学电源的分类和一次电池 01 5 任务一 认识化学电源及其分类 1.化学电源定义 化学电源是将化学能直接转化为电能的装置，其本质是利用自发的氧化还原反应实现能量的直接转换，广泛应用于生活、工业与新能源领域。 一、化学电源的分类和一次电池 类型 特点 一次电池 发生氧化还原反应的物质（活性物质）大部分被消耗后就不能再使用 二次电池 又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，使活性物质获得再生，可以多次重复使用 燃料电池 利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池，能连续不断地提供电能 分层研学·探理悟新 6 任务一 一、化学电源的分类和一次电池 化学电源 一次电池 二次电池 燃料电池 普通锌锰电池 碱性锌锰电池 银锌纽扣电池 铅蓄电池 锂离子电池 氢氧燃料电池等 2.化学电源分类 认识化学电源及其分类 分层研学·探理悟新 7 任务二 一、化学电源的分类和一次电池 判断电池优劣的主要标准 （1）比能量：电池单位质量或单位体积所输出电能的多少，单位是(w·h)·kg－1或(w·h)·L－1。 （2）比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 （3）比寿命：电池可储存时间的长短。 综上所述：除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更易满足使用者要求。 掌握判断电池优劣的方法 分层研学·探理悟新 8 任务三 一、化学电源的分类和一次电池 通过电池优劣判断标准可知，不断研制小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池是电池的发展方向。 1.发展方向 了解化学电源的前景 分层研学·探理悟新 9 任务三 一、化学电源的分类和一次电池 2.回收利用 使用后的废旧电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废旧电池要进行回收利用。 了解化学电源的前景 分层研学·探理悟新 10 一、化学电源的分类和一次电池 优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。 任务四 认识常见的一次电池 1.普通锌锰干电池 （2）工作原理 负极： Zn - 2e- +2NH3= [Zn(NH3)2]2+ 正极：MnO2+e-+NH4+ = MnOOH+NH3↑ 电池反应式：Zn＋2NH4+＋2MnO2=[Zn(NH3)2]2+ ＋2MnOOH （1）电池构造 分层研学·探理悟新 一、化学电源的分类和一次电池 优点：比能量大、能提供较大电流并连续放电。 缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。 任务四 2.碱性锌锰干电池 （2）工作原理 负极： Zn＋2OH－ －2e－ === Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－ === 2MnOOH＋2OH－ 电池反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O === 2MnOOH ＋Zn(OH)2 （1）电池构造 认识常见的一次电池 分层研学·探理悟新 一、化学电源的分类和一次电池 优点：比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器 任务四 3.纽扣电池 （2）工作原理 负极： Zn＋2OH－ －2e－ === Zn(OH)2 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 电池反应式： Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag （1）电池构造 认识常见的一次电池 分层研学·探理悟新 【例1】正误判断 (1)Zn具有还原性和导电性，可作锌锰干电池的负极材料 (2)手机使用的电池属于二次电池 (3)碱性锌锰电池比能量高，能提供较大电流并连续放电 (4)银锌纽扣电池使用过程中，负极区pH逐渐减小 √ √ √ √ 典例剖析·逻辑释疑 【例2】根据原电池原理，人们研制出很多结构和性能各异的化学电池，用来满足不同的用电需要。常见的锌锰干电池的构造如图所示。下列说法正确的是  A.锌筒质量逐渐减小 B.该电池可以反复充放电 C.石墨棒作负极 D.电流从锌筒通过导线流向石墨棒 A 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】体温枪能快速检测人体体温，该体温枪所用的电池为一种银锌电池(如图所示)，电池的总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。下列关于该电池的说法正确的是(　　) A．Ag2O电极作正极，发生氧化反应 B．该电池放电时溶液中的K＋向Zn电极移动 C．电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极 D．该电池的负极反应为Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2 D 典例剖析·逻辑释疑 二次电池 02 17 任务五 认识常见的二次电池 二、二次电池 1.铅蓄电池 （1）电池构造 （2） 工作原理 ①放电反应原理 负极： 正极： 放电过程中，负极质量增大，稀H2SO4的浓度减小。 放电总反应式： 难溶于水 Pb＋－2e－ === PbSO4 PbO2＋4H＋＋＋2e－ === PbSO4＋2H2O 由两组平行的栅状铅合金极板交替排列作为主架，正极板上覆盖PbO2，负极板上覆盖Pb，电解质是稀硫酸。 【思考】充电反应是上述反应的逆过程，应该如何书写电极反应式呢？ Pb + PbO2 + 2H2SO4＝2PbSO4 + 2H2O 分层研学·探理悟新 任务三 二、二次电池 ②充电反应原理（充电是放电过程的逆过程） 阴极：PbSO4 +2e-＝Pb + SO42- 阳极：PbSO4 + 2H2O +2e-＝PbO2 + 4H+ + SO42- 充电总反应式：2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 铅蓄电池的充放电原理可用下列化学方程式表示： 放电 充电 优点：性能优良、价格低廉、安全可靠，可多次充放电。 缺点：比能量低，废弃后会污染环境等。 了解常见的二次电池 分层研学·探理悟新 任务五 二、二次电池 2.锂离子电池 (1)电池构造 正极材料多采用磷酸铁锂（LiFePO4）或钴酸锂（LiCoO2）等，一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌结构的化合物；负极材料大多数是碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。电解质溶液是将锂盐溶解在一定的非水、非质子性的有机溶剂中。 认识常见的二次电池 分层研学·探理悟新 任务五 二、二次电池 2.锂离子电池 (2)工作原理（放电） 负极：LixC6－xe－=xLi＋＋6C 正极：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2 放电总反应式：LixC6＋Li(1－x)CoO2=LiCoO2＋6C 在放电过程中，锂离子从负极脱出，嵌入到正极。在充电过程中，锂离子从正极材料晶格间脱离出来，嵌入到负极材料里。在充放电过程中，Li＋在正、负极间不断地进行可逆脱嵌。 优点：质量小、体积小、储存和输出能量大，广泛用于便携式电子设备(手机等)、交通工具(电动汽车等)、大型储能电站等 认识常见的二次电池 分层研学·探理悟新 【例1】如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是 A．铅蓄电池充电时电能转化为化学能 B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板 C．电池工作时，H＋移向PbO2板 D．负极反应：Pb＋2e-＋SO42- =PbSO4 D 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】放电时，Na+从负极脱嵌，经电解质嵌入正极，总反应为NaC6+Na1-xMO2 NaMO2+Na1-xC6(0≤x≤0.55，M为过渡金属)，下列叙述错误的是 ( 　) A.充电时，Na+从过渡金属氧化物中脱嵌,经电解质嵌入石墨烯纳米片 B.放电时，电子从石墨烯纳米片流出经外电路流入过渡金属氧化物 C.充电时，过渡金属氧化物上发生的电极反应为 Na1-xMO2+xe-+xNa+= NaMO2(0≤x≤0.55) D.放电时，负极上发生的电极反应为 NaC6-xe- =Na1-xC6+xNa+(0≤x≤0.55) C 典例剖析·逻辑释疑 燃料电池 03 24 任务六 回顾氢氧燃料电池 三、燃料电池 1. 电池构造 2. 工作原理 (电解液为KOH溶液) 负极：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 电池总反应式：2H2+O2 = 2H2O 氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生氧化反应和还原反应。 3. 工作原理 (电解液为稀H2SO4溶液) 负极：2H2 - 4e-= 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 电池总反应式：2H2+O2 = 2H2O 分层研学·探理悟新 任务七 认识燃料电池 三、燃料电池 1. 燃料电池的定义： 利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。 2. 燃料电池的构成： 以还原剂(氢气、煤气、烃、肼、氨、甲醇等)为负极反应物；以氧化剂(一般是氧气或空气)为正极反应物； 电极材料不参与氧化还原反应，一般具有很强的催化活性，多采用多孔碳或多孔镍、铂、钯等； 电解质可以是电解质溶液(碱性、酸性、中性)，也可以是固体电解质或熔融盐等 分层研学·探理悟新 任务七 认识燃料电池 三、燃料电池 3.燃料电池优点 （1）燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。 （2）燃料电池的能量转化效率远高于普通燃料燃烧的能量转换效率。 （3）应用燃料电池的发电站，具有能量转化效率高，废弃物排放少，运行噪音小等优点。 分层研学·探理悟新 任务八 设计制作简单的燃料电池 三、燃料电池 1.实验步骤： ①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，注意调节石墨棒和玻璃导管伸入U形管内的长度； ②将橡胶塞塞入U形管管口中，检查气密性，标记橡胶塞底部到达的位置； ③取出橡胶塞，往U形管中注入适量6 mol·L-1稀硫酸，以接近橡胶塞底部标记的位置为宜； ④塞紧橡胶塞，接通学生电源，观察实验现象；当一端玻璃管内的液柱接近溢出时，切断学生电源； ⑤取出时钟内的干电池，将导线与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。 分层研学·探理悟新 任务八 设计制作简单的燃料电池 三、燃料电池 2.实验现象： ①接通学生电源，两个石墨棒上都有气泡产生，U形管内液面下降，玻璃管液面上升。 ②连接时钟，时钟指针又开始走动。 思考1：连接时钟时，如何判断燃料电池的正、负极？ 接通学生电源，两端产生氢气和氧气的体积比为2∶1，由于氢气的体积大，玻璃导管内的液柱先溢出，作燃料电池的负极。 分层研学·探理悟新 任务八 设计制作简单的燃料电池 三、燃料电池 思考2：什么现象可以证明处于不同电极的氢气和氧气发生了反应？ 时钟的指针发生转动。 思考3：在制备氢气和氧气时，用蒸馏水代替 6 mol·L-1稀硫酸行吗？KOH溶液呢？ 不行，蒸馏水导电能力弱；可以加入KOH溶液以增强导电性，故KOH溶液可以代替6 mol·L-1稀硫酸。 分层研学·探理悟新 三、反应热与焓变 【例1】以甲烷为燃料的新型电池得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。下列说法错误的是 A.以甲烷为燃料，其成本大大低于以氢气为 　燃料的传统燃料电池 B.A极为电池正极，发生还原反应 C.B极的电极反应式为CH4＋4O2－－8e－=== CO2＋2H2O D.该电池的总反应为CH4＋2O2　　　CO2＋2H2O D 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】如图为氢氧燃料电池工作原理示意图，下列叙述不正确的是( ) A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 三、反应热与焓变 B 典例剖析·逻辑释疑 化学电源 一次电池 二次电池 锂离子电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰电池 银锌纽扣电池 铅蓄电池 一次电池 氢氧燃料电池 制作燃料电池 其他燃料电池 体系梳整·认知升华 1.关于化学电源：①银锌纽扣电池；②氢氧燃料电池；③锌锰干电池；④铅蓄电池；⑤锂电池，下列有关说法正确的是(　　) ②和③都属于绿色电池 B. ①和④都属于二次电池 C. ①和③都属于一次电池 D. ⑤的电解液可为水溶液 C 当堂诊学·成效校验 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M1-xFexPO4+LiC6 LiM1-xFexPO4+6C，其原理如图所示，下列说法正确的是 A．放电时，石墨电极的电势更高 B．充电时，Li+移向磷酸铁锂电极 C．充电时，磷酸铁锂电极应与电源正极相连 D．放电时，正极反应式为M1-xFexPO4+e-+Li+=LiFexPO4+(1-x)M C 当堂诊学·成效校验 3.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述错误的是 A.b电极发生氧化反应 B.a电极的电极反应式： N2H4＋4OH－－4e－=N2＋4H2O C.放电时，电流从b电极经过负载流向a电极 D.其中的离子交换膜需选用阴离子交换膜 A 当堂诊学·成效校验 4.某电池以K2FeO4和锌为电极材料，氢氧化钾溶液为电解质溶液。下列说法不正确的是(　　) A．锌为电池的负极 B．正极反应式为2FeO42－＋10H＋＋6e－=Fe2O3＋5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度增大 D．电池工作时OH－向负极迁移 B 当堂诊学·成效校验 5.研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“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：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 C．Na＋不断向“水”电池的负极移动 D．AgCl是还原产物 B 当堂诊学·成效校验 6.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O=3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是_____，放电时负极反应式为_______________________________，放电时，_______(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 (2)充电时，正极上发生______(填“氧化”或“还原”)反应，此时正极上发生的反应式为________________________________________。 Zn 3Zn＋6OH－－6e－ = 3Zn(OH)2 正 氧化 2Fe(OH)3＋10OH- -6e- = 2FeO42-＋8H2O 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 苏教版选择性必修 1 40 $