【人教版】高中化学 选择性必修一 第四章 第一节 原电池 第一课时 电化学 课件

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电化学

第四章化学反应与电能

一、创设情境，引入新课

一、创设情境，引入新课

1976年第一枚锂电池投入生产，直至今日依旧是小型电子设备的首先电池。例如手表、计算器中纽扣电池。

二、构建模型，揭示本质

请根据电池总反应和电池剖面图分析该电池的工作原理，写出电极反应，画出内电路离子迁移方向、外电路电子流向。

阳离子

LiMnO2=LiMnO2

+

e-

二、构建模型，揭示本质

基于氧化还原的电化学模型

原理模型

构成要素

负极

正极

氧化剂

还原剂

化合价升高

化合价降低

阳离子

电极材料

电极反应

离子通道

电子通道

三、提出新问题，推理预测

锂-二氧化锰电池禁止充电，因为是用来易挥发、易燃物质——乙二醇二甲醚。锂电池充电时容易形成枝晶，刺穿正、负极隔膜，内部短路。

根据电池构成要素，请尝试改变某一要素将上述锂一次电池修改为锂二次电池，试分析原因。

电极反应：负极反应物不是单质状态的锂，而是易失电子的化合物状态。

电极材料：导电性更强，有利于电子和电解质离子的定向移动。

离子导体：使用稳定性更强的电解质环境。

三、提出新问题，推理预测

三、提出新问题，推理预测

科学家对锂电池作出了哪些改变？达到了什么目的？

第一阶段：改变正极材料，片层的二硫化钛中锂离子更容易嵌入和脱出，有利于电解质离子的定向移动。

第二阶段：改变正极材料，钴酸锂片层结构提高电池电压。

负极材料锂单质在充放电时生长出锂枝晶。

负极材料改变成什么样的组成和结构？

第三阶段：改变负极材料。石墨片层嵌入锂离子形成锂的化合物，脱出锂离子同时失去电子。

三、提出新问题，推理预测

根据锂电池工作原理，书写正、负极和阴、阳极电极反应。

LixC6+Li1-xCoO26C+LiCoO2

放电

充电

LixC6+Li1-xCoO26C+LiCoO2

放电

充电

放电时

e-

阴极：6C+xLi++xe-=LixC6

阳极：LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+

三、提出新问题，推理预测

根据锂电池工作原理，书写正、负极和阴、阳极电极反应。

LixC6+Li1-xCoO26C+LiCoO2

放电

充电

LixC6+Li1-xCoO26C+LiCoO2

放电

充电

充电时

e-

负极：LixC6-xe-=6C+xLi+

正极：Li1-xCoO2+xe-+xLi+=LiCoO2

三、提出新问题，推理预测

原电池为自发氧化还原反应，而电解池是在外加电场作用下形成电子的定向移动，发生氧化还原反应。外加电场形成电极电势差，电解质提供的离子定向移动形成内电流。

基于氧化还原的电化学模型

原理模型

构成要素

电解质环境

氧化还原造成电子转移

外接电源造成电子转移

电极材料

离子通道

e-

氧化剂

还原剂

化合价升高

化合价降低

阳离子

e-

e-

四、思考自身对电池的需求，开拓创新

结合你使用锂离子电池的经验，请思考你希望未来的电池有哪些更好的性能，可以通过改变哪些要素来实现？

观点1:质量太重，改变电解质环境和电极材料、电极反应物。

请分析Li-空气电池示意图中各物质的作用。

负极

正极

增大反应速率

隔绝金属锂与电解质环境并提供锂离子

提供离子定向移动形成内电路的闭合回路

四、思考自身对电池的需求，开拓创新

观点2:随时使用，充电更方便——微生物有机物燃料电池。

资料：2023年8月科研人员利用葡萄糖易在酶的作用下被氧化成葡萄糖酸，研制成功“糖电池”，灵感来自生物自身产生能量的机理。该电池易葡萄糖溶液为燃料，四节生物电池串联后，可提供足够电能来播放随身听。

绘制、分享“糖电池”简易装置图。

葡萄糖

电解质

空气

用电器

CH3(CH2)3CHO+1/2O2→CH3(CH2)4COOH

e-

四、思考自身对电池的需求，开拓创新

请完善自己的简易装置图。

我们缺少酶作催化剂来加速氧化还原反应

四、思考自身对电池的需求，开拓创新

观点3:便于携带——与我们的必需品结合在一起。

宾厄姆顿大学的研究人员开发了一种纺织生物电池，或将作为未来可穿戴电子产品即基础功能。与该团队之前发明的纸基微生物燃料电池相比，其能产生的功率更大。

即使经过反复的扭转和拉伸循环，织物基电池仍具有稳定的发电能力。微生物燃料电池被一些人认为是可穿戴设备的最佳电源，因为微生物细胞可以作为生物催化剂，提供稳定的酶促反应并具有较长的使用寿命。即使从人类身体产生的汗水也可以作为支持细菌活力的潜在燃料。

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