4.1.3 化学电源【知识精讲精研】高二化学高效备课设计PPT（人教版2019选择性必修1）

2023-2024学年选择性必修1(人教版2019)第四章·化学反应与电能第一节

原电池第3课时

化学电源用途广泛的各种化学电池目录一次电池01燃料电池03二次电池(充电电池)02习学目标1.知道化学电源的分类方法2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理,培养证据推理与模型认知的能力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思考交流你认识这些电池吗？你认为哪种电池更好，理由是什么？1、电源优劣判断(3)电池的可储存时间的长短。(1)比能量:即单位质量或单位体积所能输出电能的多少。(2)比功率:即单位质量或单位体积所能输出功率的多少。2、化学电池的分类放电后不可再充电的电池，也叫干电池。放电后可以再充电而反复使用的电池，又称可充电电池或蓄电池。连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。NO.1一次电池负极：Zn-2e－＝Zn2+正极：2NH4++2e－＝2NH3↑＋H2↑总反应：Zn+2NH4++2MnO2＝Zn2++Mn2O3+2NH3↑+

H2O1.普通锌锰干电池普通锌锰电池电极反应活性物质负极：Zn正极：MnO2电极材料负极：Zn正极：石墨棒离子导体NH4Cl和ZnCl2混合物0

+4

+2

+3优点：制作简单、价格便宜。

缺点：放电时间短，电压下降快。

NH3被ZnCl2吸收：4NH3＋ZnCl2＝[Zn(NH3)4]Cl2

H2被MnO2吸收,防极化：H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O

②组成：正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。③工作原理：负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。2.碱性锌锰电池碱性电池

金属外壳离子型导电隔膜Zn粉和KOH混合物铜针MnO2和KOH混合物电极反应还原剂：Zn粉氧化剂

：MnO2电极材料负极：铜针正极：金属外壳离子导体KOH、离子型导电隔膜0

+4

+3

+2优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵3.银锌电池银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下：负极：Zn＋2OH－－2e－====Zn(OH)2；正极：Ag2O＋H2O＋2e－====Ag＋2OH－；总反应：Zn＋Ag2O＋H2O====Zn(OH)2＋2Ag。这种电池比能量大、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。（非水有机溶剂电解液）负极：2Li-2e-=2Li+，正极：I2+2e-=2I-，总反应：2Li+I2=2LiI跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。（4）锂电池NO.2二次电池(充电电池)二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。（1）铅蓄电池负极材料是海绵状的金属Pb，正极材料上涂有棕褐色的PbO2，两极浸在30%H2SO4溶液中。①结构特点H2SO4Pb(铅)PbO2优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境铅酸蓄电池的构造示意图铅酸蓄电池的充、放电过程:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)

放电

充电放电负极正极总反应Pb+SO42－－2e－=PbSO4PbO2+4H++SO42－+2e－=PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(2)工作原理①放电过程铅酸蓄电池的构造示意图铅蓄电池优点电压稳定使用方便安全可靠价格低廉铅酸蓄电池的充、放电过程:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)

放电

充电充电阴极阳极总反应PbSO4+2e－=Pb+SO42－PbSO4+2H2O－2e－=PbO2+4H++SO42－2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4②充电过程（2）镍氢电池圆柱可充镍氢电池

方形可充镍氢电池

能量密度高；无镉污染，是一种绿色电池；可大电流快速充放电；电池工作电压为1.2V；在小型便携电子器件、电动工具、电动车辆和混合动力车上逐步得到应用。优点：H2+2NiOOH2Ni(OH)2

放电充电正极：负极：放电阳极：阴极：充电总反应：H2

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

2

Ni(OH)2

－2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O

结构原理图（3）锂离子电池负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6

)正极材料：钴酸锂(Li1-xCoO2)电解液：锂导电有机电解液总反应：正极：

负极：

阳极：阴极：LixC6+Li1-xCoO2LiCoO2＋6C放电充电LixC6

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

LiCoO2－xe-

＝Li1-xCoO2+xLi+

放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。锂离子电池工作原理其他二次电池还有：爱迪生电池(铁镍蓄电池)：Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2

二次电池的充放电规律(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。电池里含有汞、铅、镉等多种重金属元素，随意丢弃废旧电池，对环境会造成严重的污染。资料显示，在地表面，一节废电池被腐蚀后，能使1平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水受到污染，相当于一个人一生的饮水量。有什么电池是几乎零污染的吗?电池中的汞能造成水俣病,佝偻病等电池中的铅:能引起人体神经紊乱,肾炎电池中的镉:能造成肾损伤,骨质疏松,软骨病。NO.3燃料电池(高效环保)将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂(如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。（1）原理（2）优点（3）与其他电池的区别

反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。①氢氧燃料电池——酸性以氢氧燃料电池为例总反应式:

2H2+O2＝2H2O负极：2H2-4e-＝4H+

正极：O2+4e-+4H+＝2H2O正极pH

；负极pH

；溶液pH

；消耗2molO2转移电子

。增大减小增大8NA②氢氧燃料电池——碱性总反应式:

2H2+O2＝2H2O负极：2H2+4OH--4e-＝4H2O正极：O2+4e-+

2H2O

＝4OH-

正极pH

；负极pH

；溶液pH

；消耗1molH2转移电子

。增大减小减小2NA燃料电池pH变化正极负极溶液酸性溶液碱性溶液pH增大pH减小酸性pH增大碱性pH减小对应减弱正增负减对应减弱介质电池反应：负极正极负极

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

2H2+Ｏ２=2H2O③氢氧燃料电池——高温传导O2-或H+

一极通入H2，一极通入空气和CO2混合气体，以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质。负极：

正极：

总反应式：④氢氧燃料电池——熔融碳酸盐2H2+2CO32--4e-=2CO2

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

+O2＝2H2O(1)判断正、负极燃料电池电极反应式的书写技巧(2)先写总反应式(考虑电解质溶液)正极：负极：O2燃料(H2、CH4、C2H5OH等)电池总反应就是燃料燃烧的产物，注意燃烧产物是否与电解质溶反应(3)再写正极反应式(考虑电解质溶液)：①酸性：O2＋4H++4e-=2H2OO2＋2H2O+4e-=4OH-O2＋4e-=2O2-用总反应式减去正极反应式，即得负极反应式。(即将总反应式中的O2全部消去。)(4)最后写负极反应式：③固体电解质：②中性或碱性：④熔融碳酸盐：O2＋4e－＋2CO2＝2CO32－该电池将金属铂片插入KOH溶液中作电极,在两极上分别通入甲烷和