4.1.3 化學(xué)電源【知識精講精研】高二化學(xué)高效備課設(shè)計(jì)PPT（人教版2019選擇性必修1）

2023-2024學(xué)年選擇性必修1(人教版2019)第四章·化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)

原電池第3課時(shí)

化學(xué)電源用途廣泛的各種化學(xué)電池目錄一次電池01燃料電池03二次電池(充電電池)02習(xí)學(xué)目標(biāo)1.知道化學(xué)電源的分類方法2.熟悉幾種常見化學(xué)電源的組成和工作原理,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的能力3.了解化學(xué)電源廣泛的應(yīng)用及廢舊電池對環(huán)境的危害,設(shè)想其處理方法,形成科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任意識思考交流你認(rèn)識這些電池嗎？你認(rèn)為哪種電池更好，理由是什么？1、電源優(yōu)劣判斷(3)電池的可儲存時(shí)間的長短。(1)比能量:即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少。(2)比功率:即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的多少。2、化學(xué)電池的分類放電后不可再充電的電池，也叫干電池。放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池，又稱可充電電池或蓄電池。連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。NO.1一次電池負(fù)極：Zn-2e－＝Zn2+正極：2NH4++2e－＝2NH3↑＋H2↑總反應(yīng)：Zn+2NH4++2MnO2＝Zn2++Mn2O3+2NH3↑+

H2O1.普通鋅錳干電池普通鋅錳電池電極反應(yīng)活性物質(zhì)負(fù)極：Zn正極：MnO2電極材料負(fù)極：Zn正極：石墨棒離子導(dǎo)體NH4Cl和ZnCl2混合物0

+4

+2

+3優(yōu)點(diǎn)：制作簡單、價(jià)格便宜。

缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。

NH3被ZnCl2吸收：4NH3＋ZnCl2＝[Zn(NH3)4]Cl2

H2被MnO2吸收,防極化：H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O

②組成：正極：MnO2；負(fù)極：Zn；電解質(zhì)：KOH。③工作原理：負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正極：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。2.堿性鋅錳電池堿性電池

金屬外殼離子型導(dǎo)電隔膜Zn粉和KOH混合物銅針MnO2和KOH混合物電極反應(yīng)還原劑：Zn粉氧化劑

：MnO2電極材料負(fù)極：銅針正極：金屬外殼離子導(dǎo)體KOH、離子型導(dǎo)電隔膜0

+4

+3

+2優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴3.銀鋅電池銀鋅電池的負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－====Zn(OH)2；正極：Ag2O＋H2O＋2e－====Ag＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O====Zn(OH)2＋2Ag。這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。（非水有機(jī)溶劑電解液）負(fù)極：2Li-2e-=2Li+，正極：I2+2e-=2I-，總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI跟其它金屬作負(fù)極相比，使用壽命延長，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。為什么？與作負(fù)極材料的金屬相比較，相同質(zhì)量時(shí)鋰提供電子數(shù)最多。（4）鋰電池NO.2二次電池(充電電池)二次電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池。（1）鉛蓄電池負(fù)極材料是海綿狀的金屬Pb，正極材料上涂有棕褐色的PbO2，兩極浸在30%H2SO4溶液中。①結(jié)構(gòu)特點(diǎn)H2SO4Pb(鉛)PbO2優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境鉛酸蓄電池的構(gòu)造示意圖鉛酸蓄電池的充、放電過程:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)

放電

充電放電負(fù)極正極總反應(yīng)Pb+SO42－－2e－=PbSO4PbO2+4H++SO42－+2e－=PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(2)工作原理①放電過程鉛酸蓄電池的構(gòu)造示意圖鉛蓄電池優(yōu)點(diǎn)電壓穩(wěn)定使用方便安全可靠價(jià)格低廉鉛酸蓄電池的充、放電過程:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)

放電

充電充電陰極陽極總反應(yīng)PbSO4+2e－=Pb+SO42－PbSO4+2H2O－2e－=PbO2+4H++SO42－2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4②充電過程（2）鎳氫電池圓柱可充鎳氫電池

方形可充鎳氫電池

能量密度高；無鎘污染，是一種綠色電池；可大電流快速充放電；電池工作電壓為1.2V；在小型便攜電子器件、電動工具、電動車輛和混合動力車上逐步得到應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：H2+2NiOOH2Ni(OH)2

放電充電正極：負(fù)極：放電陽極：陰極：充電總反應(yīng)：H2

-2e-+2OH-=2H2O2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-2H2O+2e-=H2+2OH-

2

Ni(OH)2

－2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O

結(jié)構(gòu)原理圖（3）鋰離子電池負(fù)極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6

)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)電解液：鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液總反應(yīng)：正極：

負(fù)極：

陽極：陰極：LixC6+Li1-xCoO2LiCoO2＋6C放電充電LixC6

－xe－＝6C+xLi+Li1-xCoO2+xe-+xLi?＝LiCoO26C+xe－+xLi+＝LixC6

LiCoO2－xe-

＝Li1-xCoO2+xLi+

放電時(shí)，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時(shí)，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時(shí)，鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極之間完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。鋰離子電池工作原理其他二次電池還有：愛迪生電池(鐵鎳蓄電池)：Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2

二次電池的充放電規(guī)律(1)充電時(shí)電極的連接：充電的目的是使電池恢復(fù)其供電能力，因此負(fù)極應(yīng)與電源的負(fù)極相連以獲得電子，可簡記為負(fù)接負(fù)后作陰極，正接正后作陽極。(2)工作時(shí)的電極反應(yīng)式：同一電極上的電極反應(yīng)式，在充電與放電時(shí)，形式上恰好是相反的；同一電極周圍的溶液，充電與放電時(shí)pH的變化趨勢也恰好相反。電池里含有汞、鉛、鎘等多種重金屬元素，隨意丟棄廢舊電池，對環(huán)境會造成嚴(yán)重的污染。資料顯示，在地表面，一節(jié)廢電池被腐蝕后，能使1平方米的土壤永久失去利用價(jià)值；一粒紐扣電池可使600噸水受到污染，相當(dāng)于一個(gè)人一生的飲水量。有什么電池是幾乎零污染的嗎?電池中的汞能造成水俁病,佝僂病等電池中的鉛:能引起人體神經(jīng)紊亂,腎炎電池中的鎘:能造成腎損傷,骨質(zhì)疏松,軟骨病。NO.3燃料電池(高效環(huán)保)將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑(如氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點(diǎn)。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上。（1）原理（2）優(yōu)點(diǎn)（3）與其他電池的區(qū)別

反應(yīng)物不儲存在電池內(nèi)部，由外設(shè)設(shè)備提供燃料和氧化劑。①氫氧燃料電池——酸性以氫氧燃料電池為例總反應(yīng)式:

2H2+O2＝2H2O負(fù)極：2H2-4e-＝4H+

正極：O2+4e-+4H+＝2H2O正極pH

；負(fù)極pH

；溶液pH

；消耗2molO2轉(zhuǎn)移電子

。增大減小增大8NA②氫氧燃料電池——堿性總反應(yīng)式:

2H2+O2＝2H2O負(fù)極：2H2+4OH--4e-＝4H2O正極：O2+4e-+

2H2O

＝4OH-

正極pH

；負(fù)極pH

；溶液pH

；消耗1molH2轉(zhuǎn)移電子

。增大減小減小2NA燃料電池pH變化正極負(fù)極溶液酸性溶液堿性溶液pH增大pH減小酸性pH增大堿性pH減小對應(yīng)減弱正增負(fù)減對應(yīng)減弱介質(zhì)電池反應(yīng)：負(fù)極正極負(fù)極

正極2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=2H2O2H2-4e-+2O2－=2H2OO2+4e-=2O2－

2H2+Ｏ２=2H2O③氫氧燃料電池——高溫傳導(dǎo)O2-或H+

一極通入H2，一極通入空氣和CO2混合氣體，以Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽作電解質(zhì)。負(fù)極：

正極：

總反應(yīng)式：④氫氧燃料電池——熔融碳酸鹽2H2+2CO32--4e-=2CO2

+2H2OO2+2CO2+4e-=2CO32-2H2

+O2＝2H2O(1)判斷正、負(fù)極燃料電池電極反應(yīng)式的書寫技巧(2)先寫總反應(yīng)式(考慮電解質(zhì)溶液)正極：負(fù)極：O2燃料(H2、CH4、C2H5OH等)電池總反應(yīng)就是燃料燃燒的產(chǎn)物，注意燃燒產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶反應(yīng)(3)再寫正極反應(yīng)式(考慮電解質(zhì)溶液)：①酸性：O2＋4H++4e-=2H2OO2＋2H2O+4e-=4OH-O2＋4e-=2O2-用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式，即得負(fù)極反應(yīng)式。(即將總反應(yīng)式中的O2全部消去。)(4)最后寫負(fù)極反應(yīng)式：③固體電解質(zhì)：②中性或堿性：④熔融碳酸鹽：O2＋4e－＋2CO2＝2CO32－該電池將金屬鉑片插入KOH溶液中作電極,在兩極上分別通入甲烷和