【高中化学】原电池第二课时课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1.pptx

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1、第四章化学反应与电能第一节 原电池 第二课时 化学电源学习目标1、知道化学电源的分类方法。3、了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害,设想其处理方法,形成科学态度与社会责任意识。2、掌握锌锰电池、铅酸蓄电池、氢氧燃料电池的组成、工作原理以及电极反应的书写。【思考】在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其他应用吗？电池化学电池太阳能电池核电池核电池将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的能通过热能转换器转换为电能的装置新课引入新课引入干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池电池的发展：一次电池：二次电池：燃料电池：活性物质消耗到一定程度，就不能

2、使用，如锌锰电池。其电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。放电后可以再充电使活性物质获得再生，恢复工作能力，可多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。如铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池。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，又称连续电池。如氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。新知探究一、化学电源1、分类能量转化率较高；供能稳定可靠；可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电池组；使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。新知探究一、化学电源2、电池的优点比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。单位：(Wh)/kg,(Wh)

3、/L比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。单位：W/kg,W/L储存时间：电池的可储存时间的长短新知探究3、衡量电池优劣的指标一、化学电源二、一次电池Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。负极：正极：0 +4 +2 +30 +4 +2 +31、普通锌锰电池优点：制作简单，便于携带，价格便宜；缺点：放电时间短，电压下降快；容易漏液（锌外壳变薄）糊状NH4Cl显酸性）ZnMnO2 NH4Cl一次电池放电后不可再充电。新知探究Zn-2e-=Zn2+2MnO2+2e-+=2NH3+Mn2O3+H2O电池总

4、反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 负极：正极：锌粉取代锌筒，KOH取代NH4Cl，增大接触面积加快反应速率，减少电池内阻，电流大电压高寿命长。0 +4 +3 +20 +4 +3 +22、碱性锌锰电池ZnMnO2 KOH改进：在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。二、一次电池新知探究Zn 2e+2OH=Zn(OH)2 2MnO2+2e+2H2O=2MnOOH+2OH 3、银锌纽扣电池总反应式:Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2优点：电池

5、比能量大、电压稳定，储存时间长。适宜小电流连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-0 +1 0 +2二、一次电池新知探究ZnAg2O KOH负极：正极：4、锂电池8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2 =6LiCl+Li2SO3+2S0 +4 +1 +1 0二、一次电池新知探究负极：正极：优点：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、宽工作温度、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。电池总反应：电池总反应：Pb(

6、s)PbO2(s)2H2SO4(aq)(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)(l)Pb2e-+=PbSO4 PbO2+2e-+4H+=PbSO4 +2H2O+4+40 0+2+21、铅酸蓄电池PbPbO2H2SO430%稀硫酸可充电电池又称二次电池，放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。负极：正极：三、二次电池新知探究铅酸蓄电池的电极反应物和放电后的产物，均以固体的形式附着在电极材料表面，充、放电时可以互相转化，实现电池的重复使用。优点：电流稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉缺点：单位质量输出的电能少（比能量低），废弃电池污染环境Pb(s)PbO2(s)2

7、H2SO4(aq)(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)(l)Pb2e-+=PbSO4 PbO2+2e-+4H+=PbSO4 +2H2O1、铅酸蓄电池PbPbO2H2SO4负极：正极：三、二次电池新知探究放电时：充电时：还原反应 氧化反应PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)还原反应PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)氧化反应阴极接电源负极阳极接电源正极三、二次电池新知探究二次电池工作原理：总反应：Cd+2NiO(OH)+2 H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 放电放电充电充电Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)

8、2 2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-负极：正极：还原反应阳极放电过程：充电过程：Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-阴极接外电源的负极2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiO(OH)+2H2O氧化反应接外电源的正极氧化反应还原反应三、二次电池新知探究2、镉镍电池CdNiO(OH)CdNiO(OH)KOHKOH溶液溶液 总反应：H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2放电放电充电充电负极：正极：H2-2e-+2OH-=2H2O2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-氧化反应还原反应2H2O+2e-=H2+2OH-还原反应阴极接外电源的负极2

9、Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiO(OH)+2H2O氧化反应 阳极接外电源的正极放电过程：充电过程：三、二次电池新知探究3、氢镍电池H H2 2NiO(OH)NiO(OH)KOHKOH溶液溶液负极：正极：MH-MH-e e-+O+OH H-=M M+H H2 2O OMHNiO(OH)MHNiO(OH)KOHKOH溶液溶液NiO(OH)NiO(OH)+e+e-=NiONiO+O+OH H-总反应：NiO(OH)+MH NiONiO(OH)+MH NiO+M+M+H H2 2O O+3 +3 0 +2 +10 +2 +1三、二次电池新知探究4、镍氢电池放电过程：充电过程：氧化反应还原反应

10、H2O+e-+M=MH+OH-还原反应阴极接外电源的负极NiO-e-+OH-=NiO(OH)氧化反应 阳极接外电源的正极锂离子电池工作原理示意图电池总反应：LixCy+Li1-xCoO2=LiCoO2+Cy负极：LixCy-xe-=xLi+Cy正极：Li1-xCoO2+xe-+xLi+=LiCoO2反应物离子导体负极：Li正极：LiCoO2六氟磷酸锂的碳酸酯溶液(无水)石油焦炭和石墨作负极材料无毒，且资源充足，锂嵌入碳中（Li看作0价），克服了锂的高活性。优点：能量密度大，没有记忆效应。循环性能优越、可快速充放电。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。缺点：价格较昂贵。用途：广泛用于手

11、机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备。三、二次电池新知探究5、锂离子电池 P99-资料卡片利用原电池的工作原理，燃料和氧化剂分别放在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。高效(能量转化率可以达到80%以上),环境友好。优点优点与其他电池的区别与其他电池的区别原理原理四、燃料电池新知探究新知探究H2O21、氢氧燃料电池四、燃料电池电解质酸性-H2SO4(aq)碱性-NaOH(aq)固体固体氧化锆氧化钇为电解质(高温下能传导O2)在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下(高温下能传导CO32)总反应式电极反应式 +2H2O22H2

12、O负极：2H2 4e 4H+正极：O24e4H+2H2O2H2O22H2O负极：2H24e4OH 4H2O正极：O24e2H2O4OH正极：O2+4e-=2O2-负极：2H2-4e-+2O2-=2H2O2H2O22H2O2H2O22H2O正极：O2+4e-+2CO2=2CO32-负极：2H2-4e-+2CO32-=2CO2+2H2O新知探究CH4O22、甲烷燃料电池 四、燃料电池电解质酸性-H2SO4(aq)碱性-NaOH(aq)固体固体氧化锆氧化钇为电解质(高温下能传导O2)在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下(高温下能传导CO32)总反应式电极反应式 +负极：CH48e2H2O=CO28

13、H正极：2O28e8H=4H2O负极：CH48e10OH=CO32-7H2O正极：2O28e4H2O=8OH正极：2O28e=4O2负极：CH4-8e-4O2-=CO22H2O正极：2O28e4CO2=4CO32-负极：CH48e4CO32-=5CO22H2OCH42O2=CO22H2OCH42O22OH=CO32-3H2OCH42O2=CO22H2OCH42O2=CO22H2O新知探究CH3OHO23、甲醇燃料电池 四、燃料电池电解质酸性-H2SO4(aq)碱性-NaOH(aq)固体固体氧化锆氧化钇为电解质(高温下能传导O2)在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下(高温下能传导CO32)总反

14、应式电极反应式 +负极：2CH3OH 12e 2H2O 12H+2CO2正极：3O2 12e12H+6H2O负极：2CH3OH 12e 16OH-2CO32-12H2O正极：3O2 12e6H2O 12OH-正极：3O212e=6O2负极：2CH3OH 12e 6O2-=2CO24H2O正极：3O28e6CO2=6CO32-负极：2CH3OH 12e 6CO32-=8CO24H2O2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O2CH3OH 3O2 4OH-2CO32-6H2O2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O新知探究N2H4O24、肼燃料电池 四、燃料电

15、池电解质酸性-H2SO4(aq)碱性-NaOH(aq)固体固体氧化锆氧化钇为电解质(高温下能传导O2)在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下(高温下能传导CO32)总反应式电极反应式 +负极：N2H44e=N24H+正极：O24e4H+=2H2O负极：N2H44e4OH=N24H2O正极：O24e2H2O=4OH正极：O24e=2O2负极：N2H4 4e 2O2-=N22H2O正极：O24e2CO2=2CO32-负极：N2H44e2CO32-=N2 2CO22H2ON2H4O2=N22H2ON2H4O2=N22H2ON2H4O2=N22H2ON2H4O2=N22H2O1、根据装置书写电极反应式

16、(1)确定原电池的正负极及放电的物质。首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。(2)书写电极反应式。负极反应：规律：活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H+(或其他氧化产物)。特别提醒：若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或H+能反应，则该阴离子应写入电极反应式，如铅蓄电池的负极反应是Pb2eSO42=PbSO4。五、化学电源电极反应式的书写新知探究正极反应：结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。规律：阳离子得电子生成单质（或氧气得电子）。(3)写出电池总反应方程式。特别提醒：若是氧气得电子，要考虑电

17、解质溶液的情况。中性或碱性：O24e2H2O=4OH酸性：O24e4H=2H2O。五、化学电源电极反应式的书写新知探究(2)书写电极反应式。2、给出电池总反应式，写电极反应式(1)一般书写步骤为：列物质，标升降，判得失，定正、负电极。(2)如以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤：选离子，配电荷。根据电解质溶液的酸碱性，用H+、OH-或其他离子配平，使两边电荷总数相等。配个数，巧用水。当反应中生成物与反应物H和O元素的个数无法配平时，可以尝试添加H2O到反应中进行配平。两式加，验总式。注意：在碱性溶液中提供H使O2变为OH的是水，要写成化学式的形式。五、化

18、学电源电极反应式的书写新知探究【特别提醒】根据给出的两个电极反应式，写总反应方程式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等后再将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H和OH、Pb2和SO42，要写成反应后的物质如H2O和PbSO4。五、化学电源电极反应式的书写新知探究课课堂堂小小结结化学电源化学电源一次电池一次电池二二次次电池电池燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池锂离子电池锂离子电池镍氢蓄电池镍氢蓄电池碱性碱性锌锰电池锌锰电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池（干电池最常见干电池最常见）（可充电电池、蓄电池）（可充电电池、蓄电池）甲烷燃料电池甲烷燃料电池