4.1.2 化学电源 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源种类及电极反应式书写，通过伏特发明电池的化学史故事和生活中银锌电池、锂电池等实例导入，承接原电池原理，搭建从理论到应用的学习支架，引导学生理解一次、二次、燃料电池的分类及特点。 其亮点在于融合化学史与生活情境培养科学态度与责任，通过分类对比和步骤化书写电极反应式发展科学思维，结合冬奥会氢燃料电池车等科技前沿激发探究欲。典例与练习结合帮助学生巩固重难点，教师可借助结构化内容提升教学效率。

第一节 原电池 第2课时 化学反应与电能 第四章 1 电极反应式的书写 2 化学电源种类 1 本节重难点 知识导航 化学史：发明电池的故事 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文，说动物肌肉里贮存着电，可以用金属接触肌肉把电引出来。看了这篇论文，伏特非常兴奋，便决定亲自来做这个实验。他用许多只活青蛙反复实验，终于发现，实际情况并不像加伐尼所说的那样，而是两种不同的金属接触产生的电流，才使蛙腿的肌肉充电而收缩。 为了证明自己的发现是正确的，伏特决定更深入地了解电的来源。 为了纪念他的贡献，人们把电压的计量单位叫做伏特，简称伏，符号V。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。 课本101页-102页 新课导入 3 化学电源广泛的应用于生活、生产和科研中。 银锌 电池 干 电 池 铅酸 电池 镍氢 电池 燃料 电池 锂电池 市场上令人眼花缭乱的电池 新课导入 1、为什么电池的用途如此广泛呢？ 方便携带、易于维护，能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组。 2、电池优劣的判断标准是什么？ ① 比能量 ② 比功率 ③ 电池的可储存时间的长短 除了特殊情况外，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的要求。 思考与讨论 知识梳理 一次电池 二次电池 燃料电池 燃料电池 干电池 铅酸电池 锂电池 化学电池放电到一定程度，电能减弱，电池不能再使用了，称为一次电池(或干电池)； 有的经充电复原又可使用，这样的电池叫二次电池 (可充电电池或蓄电池)； 还有通入燃料即可直接转化成电能的称之为燃料电池。 知识梳理 6 化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 氢氧燃料电池等 铅蓄电池 锂离子电池 镍镉蓄电池 一、化学电池的分类 碱性锌锰电池 普通锌锰干电池 锌银纽扣电池 知识梳理 放电后不可再充电。 （干电池） 电解质溶液用淀粉糊固定化，称为干电池。 1、一次电池（干电池） 知识梳理 Zn、MnO2/NH4Cl溶液（糊状） 负极（ ） 正极（ ） 电极 还原剂 氧化产物 电极 氧化剂 还原产物 锌筒 石墨棒 MnO2和C 普通锌-锰干电池的结构 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=[Zn(NH3) 2]Cl2+ 2MnO(OH)   负极： Zn - 2e- +2NH3= [Zn(NH3) 2]2+ 正极：2MnO2+2NH4++2e- =2MnO(OH）+ 2NH3↑ 金属 MnO2 MnO(OH) Zn Zn Zn2+ ①普通锌锰干电池（酸性锌锰干电池） NH4Cl糊的作用：____________ 电解质溶液 课后习题：第6题 Zn筒 石墨棒 知识梳理 单液电池 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？ 缺点1：会发生自放电 缺点2：电解质氯化氨为酸性，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 普通锌锰干电池内部结构 Zn 石墨棒 NH4Cl MnO2 NH4Cl ZnCl2 A 优点： 结构简单、价格低廉。 知识梳理 碱性锌锰电池构造示意图 负极：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH- 总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH) ②碱性锌锰电池 KOH的作用：____________ 电解质溶液 知识梳理 特点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，其比能量和可储存时间均有所提高 双液电池 碱性锌锰干电池内部结构 金属外壳 铜针 Zn粉 KOH MnO2 KOH A 离子型导电隔膜 碱性干电池增大了正负极间的相对面积，用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液，锌变成粉末状，同时采用反应活性更高的二氧化锰粉 碱性锌锰干电池产生大电流和高电压 ②碱性锌锰电池 知识梳理 负极：Zn＋2OH－－2e-＝ZnO＋H2O 正极：Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－ 总反应式：Zn＋Ag2O＝2Ag＋ZnO 银锌电池 ③银锌电池 KOH的作用：____________ 电解质溶液 锌银电池比能量 ___、电压____，储存时间___，适宜 ____电流连续放电，常制成 ____式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、_____和其他微型电子仪器。 大 稳定 长 较小 纽扣 手表 课本119页 第1题 知识梳理 ④.锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池 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碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 (1)负极材料为____，电极反应为_________________。 (2)正极的电极反应为_______________________________。 锂 8Li－8e－===8Li＋ 3SOCl2＋8e－===2S＋ ＋6Cl－ 必须在无水、无氧的条件下组装锂金属电池，原因是构成电池的两个主要成份Li能和氧气水反应，且SOCl2也与水反应。 课本119页 第3题 知识梳理 例1．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法中不正确的是( ) A．工作时，正极上发生反应的物质是Ag2O B．负极发生的反应是Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 C．工作时，负极区溶液c(OH-)减小 D．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动 D 典例精讲 例2、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，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、电池正极电极反应为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq) C、电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D、外电路每通过0.2mole-，理论上减小锌的质量6.5g C 典例精讲 16 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，使活性物质获得再生，从而实现放电与充电的循环。 这种充电电池属于二次电池，也叫充电电池或蓄电池。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蓄电池。 2、二次电池 知识梳理 充 电 总反应 阴极   阳极   ①. 铅蓄电池 Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O 放电 充电 放 电 总反应 负极   正极   工作原理： Pb + PbO2 +2H2SO4 === 2PbSO4 +2H2O Pb + === PbSO4 PbO2 + 4H+ +2- +2e- == PbSO4 +2H2O 2PbSO4 + 2H2O == Pb + PbO2 +4H+ + 2SO42- PbSO4 + 2e- === Pb PbSO4 +2H2O -2e- == PbO2 +4H+ + 化学能 电能 放电 充电 知识梳理 铅酸电池 优点：电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉 充电过程与上述过程相反 铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面， 目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。 知识梳理 19 用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。 特点：体积小,便于携带、可重复使用500次以上,寿命比铅蓄电池长。 2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放电 充电 放电 H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2 充电 ②镍镉电池 缺点：镉有致癌作用，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境，有被镍氢电池取代的趋势。 知识梳理 嘉禾县第一中学 例5、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是  H2+2NiO(OH)            2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是(     ) A、电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B、电池放电时，镍元素被氧化 C、电池充电时，氢元素被还原 D、电池放电时，H2在负极上反应 CD 负极：H2+2OH--2e- = 2H2O 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH- 放电 充电 典例精讲 21 摄像机专用电池 2019诺贝尔化学奖得主 吉野彰将碳基材料用作负极，依旧用钴酸锂做正极，并采用聚乙烯或聚丙烯为隔膜，LiClO4的碳酸丙烯酯液为电解质溶液。确立了现代锂离子电池的基本框架。 负极 LixCy ③锂离子电池--新一代可充电的绿色电池 手机专用电池 用途：已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流电池。 特点：电压高、质量轻、贮存时间长等 知识梳理 负极：LixCy - xe- = xLi++Cy 正极：Li1-xCoO2 +xLi+ + xe-= LiCoO2 总反应式：LixCy+ Li1-xCoO2 LiCoO2+Cy 放电 充电 ③锂离子电池 放电 yC +xLi+ +xe- =LiCy LiCoO2 -xe- =Li1-xCoO2 +xLi+ 试写出充电过程，各电极的反应方程式： 课本99页 电解液为有机溶剂（无水） 阳极： 阴极： 知识梳理 例3、心脏起搏器中使用的新型Li-I2电池的反应可简化为：2Li+I2=2LiI,下列说法不正确的是（ ） A 、负极反应式为：Li-e-=Li+ B 、该电池负极材料为金属锂 C、该电池以含Li+的水溶液为电解质 D、锂电池的使用寿命长的原因之一是锂的摩尔质量小，单位质量的电极材料所能转换的电量（比容量）大 C 典例精讲 嘉禾县第一中学 3、燃料电池 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。清洁、能量转换率高的特点。 可供选择的燃料很多，如:氢气、烃类、肼、甲醇、氨、煤气等液态或气态的燃料。 小型高性能燃料电池 知识梳理 氢氧燃料电池动力的法国产标致TAXI 同济大学研制的燃料电池汽车－超越3号 我国自主研发的燃料电池车 神舟六号燃料电池发电系统 燃料电池的应用 知识梳理 26 ①、氢氧燃料电池 电极材料： 使用铂电极或多孔性碳 负 极： 正 极： 通氢气（燃料） 通氧气（氧化剂） 1）H2SO4溶液 2）KOH溶液 3）Na2SO4溶液 4）熔融电解质 电 解 液： 知识梳理 嘉禾县第一中学 以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 负极 氢氧燃料电池工作原理示意图 正极 2H2 － 4e- ＝ 4H+ 总反应 H2 O2 电解质溶液呈酸性(H2SO4) (吸附效果更好) (pH↓) (pH↑) 1、氢氧燃料电池——酸性 O2 +4H+ + 4e－ == 2H2O 2H2 + O2==2H2O 知识梳理 28 (吸附效果更好) 以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 负极 氢氧燃料电池工作原理示意图 正极 2H2 － 4e- ＋4OH-＝ 4H2O O2 ＋2H2O ＋4e- ＝ 4OH- 2H2 ＋O2 ＝2 H2O 总反应 电解质溶液呈碱性(KOH) (pH↓) (pH↑) 2、氢氧燃料电池——碱性 知识梳理 29 固体氧化物燃料电池采用固体氧化物为电解质(ZrO2/Y2O3)。固体氧化物在高温下具有传递O2-的能力，在电池中起传递O2-和分离燃料和氧化剂的作用。 3、氢氧燃料电池——固体氧化物燃料电池 知识梳理 (2) 介质 电池反应： 负极 正极 负极 正极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O O2 + 4e-= 2O2－ 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 3、氢氧燃料电池——固体电解质 207页 第8题 知识梳理 31 熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。 负极 正极 总反应 H2+CO32--2e- = CO2+H2O O2+2CO2+4e- = 2CO32- H2 ＋ O2 ＝ H2O 1 2 燃料为H2 DALUHUAXUEGOGNZUOSHI 4、氢氧燃料电池——熔融碳酸碳燃料电池 知识梳理 废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质，如果随意丢弃，会对生态环境和人体健康造成危害。因此，应当重视废旧电池的回收利用，这样既可以减少环境污染，又可以节约资源。 拓展延伸 二、电极反应式的书写 第一步：写出燃料电池反应的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。 第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式。 电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。 蓝对勾 112页 知识梳理 酸性 碱性 H2O OH－ O2－ 含氧酸 根离子 熔融氧化物 熔融盐 H2－2e－＝2H＋ H2－2e－＋2OH－＝2H2O H+ H2O 酸性 碱性 我们该如何准确找出稳定电极产物呢？ H2 O2 O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ O2＋4e－＋4H＋＝2H2O O2＋4e－＝2O2－ O2＋4e－＋2CO2＝2CO32－ C CO2 酸性 碱性 CO32- （或HCO3-） 知识梳理 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。 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？ 甲烷 (CH4) 肼(N2H4) 甲醇(CH3OH) 氨(NH3) 知识梳理 (吸附效果更好) 示例分析：以甲烷为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 负极 氢氧燃料电池工作原理示意图 正极 CH4－8e- ＋2H2O＝CO2↑ ＋ 8H+ 总反应 O2 (pH↓) (pH↑) 电解质溶液呈酸性(H2SO4) O2 ＋4H+ ＋4e- ＝ 2H2O CH4＋2O2 = CO2↑＋2H2O 配平小技巧：用H+调电荷守恒 CH4 1、甲烷燃料电池---酸性环境 典例精讲 37 (吸附效果更好) 示例分析：以甲烷为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 氢氧燃料电池工作原理示意图 O2 电解质溶液呈碱性(KOH) 负极 正极 总反应 (pH↓) (pH↑) 配平小技巧：用OH-调电荷守恒 CH4－8e-＋10OH- = CO32-＋7H2O CH4＋2O2＋2OH- = CO32-＋3H2O O2＋4e-＋2H2O=4OH- CH4 2、甲烷燃料电池---碱性环境 典例精讲 38 CH4 - 8e-+ 4O2- = CO2 + 2H2O 2O2 + 8e- = 4O2- CH4 + 2O2 = CO2+ 2H2O 负极： 正极： 总反应式： 3、甲烷燃料电池---电解质为熔融氧化物(高温下能传导O2-) 4、甲烷燃料电池--- 电解质为熔融碳酸盐(熔融K2CO3) CH4 - 8e-+ 4CO32- = 5CO2 + 2H2O 2O2 + 8e- + 4CO2 = 4CO32- CH4 + 2O2 = CO2+ 2H2O 负极： 正极： 总反应式： 知识梳理 2CH3OH＋3O2=2CO2 ↑ ＋4H2O 练习题1：写出甲醇—燃料电池的电极方程式 碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液) 正极 CH3OH－6e-＋8OH- = CO32-＋6H2O 2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O O2＋4e-＋2H2O = 4OH- 负极 酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液) 正极 CH3OH－6e-＋H2O=6H+＋CO2↑ O2＋4e-＋4H+=2H2O 负极 O2 CH3OH 典例精讲 练习题2：写出肼(联氨)—燃料电池的电极方程式 碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液) 正极 O2＋4e-＋2H2O = 4OH- 负极 酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液) 正极 O2＋4e-＋4H+=2H2O 负极 N2H4 + O2= N2 ↑ + 2H2O N2H4 + 4OH- － 4e-= N2 ↑ + 4H2O N2H4 － 4e- = N2 ↑+4H+ N2H4 + O2= N2 ↑ + 2H2O O2 N2H4 典例精讲 负极：C2H5OH+3H2O-12e-==2CO2+12H+ 正极：3O2+12H++12e-==6H2O 负极：C2H5OH+16OH--12e-==2CO32-+11H2O 正极：3O2+12e-+6H2O==12OH- ② KOH作电解质 ① 酸作电解质 练习题3：写出乙醇燃料电池的电极方程式 用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液，分别向两极通入乙醇和氧气。 O2 C2H5OH 总反应式：C2H5OH+3O2==2CO2+3H2O 总反应式：C2H5OH+3O2+4OH-==2CO32-+5H2O 典例精讲 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。 知识梳理 引领电池技术革新的薄型柔性电池 柔性电池是一种可以弯曲和扭曲的电池。相比传统的刚性电池，柔性电池在设计和使用上提供了更多的灵活性，可应用于医疗设备、生物医学传感器、柔性显示器和智能手表等。 柔性电池的制作材料和技术各不相同，常见的包括锂离子电池、固态电池、有机电池等。这些电池通常由薄膜材料构成，可通过印刷、涂布、挤出等方法制造。 拓展延伸 第一节 原电池 第2课时 一次电池 二次电池 燃料电池 构造 原理 构造 原理 构造 原理 燃料 课堂小结 SO $