4.1课时2化学电源课件高二化学人教版选择性必修1

第四章化学反应与电能第一节

原电池

课时21.了解常见的化学电源，能运用原电池思维模型分析其工作原理，能用电极反应表示其中发生的化学反应；2.了解废旧电池对环境的危害；3.了解化学电源的发展史，能列举常见的化学电源。

根据原电池原理，设计和生产的种类繁多的化学电源在生活、生产和科研中得到了广泛的应用。化学电源有哪些优点呢？①能量转换效率高，供能稳定可靠。②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，使用方便。③易维护，可在各种环境下工作。

煤气灶一般使用一号电池，而遥控器常用七号电池，市面上很多不同型号、不同款式的电池，怎样选择优质电池呢？①比能量—电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少②比功率—电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小③电池的可储存时间的长短［单位：(w·h/kg)，(w·h/L)］［单位：（W/kg，W/L)］除特殊情况外，质量轻、体积小、输出功率大、储存时间长的电池，更易满足使用者要求。一、化学电源1.一次电池放电后不可再充电的电池，也叫干电池。碱性锌锰电池的构造示意图(1)组成:正极:

;负极:

;电解质:

。

(2)工作原理:负极反应:

;

正极反应:

;

总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。MnO2ZnKOHZn+2OH--2e-==Zn(OH)22MnO2+2e-+2H2O==2MnO(OH)+2OH-碱性锌锰电池(1)组成:正极:

;负极:

;电解质:

。

PbO2

PbH2SO42.二次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。(2)工作机制化学能电能放电充电电池中能量的转化关系：铅酸蓄电池优点：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。——用于电动自行车、汽车、发电站等。充电(3)工作原理:铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应分为放电和充电两个过程。①放电过程的电极反应、总反应:负极:

;

正极:

;

总反应:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。②充电过程的电极反应、总反应:阴极:

(还原反应);

阳极:

(氧化反应);

总反应:2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4。[思考]铅酸蓄电池在放电一段时间后,正极、负极的质量将如何变化?铅酸蓄电池放电时,正极部分PbO2变为PbSO4,质量变大;负极部分Pb变为PbSO4,质量也变大。③充电时电极反应式与放电时电极反应式相反,所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：负极：

；正极：

。总反应表示为：__________________________。

用途：便携式电子设备(智能手机、笔记本电脑等)、交通工具(电动汽车、电动自行车等)和大型储能电站LixCy-xe-=xLi++CyLi1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2负极:Li(嵌锂石墨),正极：LiCoO2(钴酸锂);电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液（无水）LixCy+Li1-xCoO2=LiCoO2+Cy优点：质量小、体积小、储存和输出能量大锂电池1.危害:废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质,如随意丢弃,会对生态环境和人体健康造成危害。[废旧电池的危害与处理]2.处理方法:回收处理。3.燃料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。有清洁、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。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。正极:

O2+4H++4e-＝2H2O;正极:

O2+2H2O＋4e-＝4OH-;负极:

2H2+4OH-

－4e-＝4H2O负极:2H2-4e-＝4H+总(电池)反应：2H2+O2＝2H2O②碱性条件下工作原理：总(电池)反应：2H2+O2＝2H2O①酸性条件下工作原理：氢氧燃料电池——一种高效低污染的新型电池介质电池反应：2H2+O2=2H2O负极正极负极

正极2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O③固体燃料电池[思考]Ⅰ.原电池的电极材料都必须是金属吗?正极、负极材料可以是同一种导电物质吗?原电池的电极材料可以是两种活动性不同的金属,也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨)。在燃料电池中,电极本身均不发生反应,故两极均可用惰性材料,如Pt电极。Ⅱ.燃料电池的两电极反应有何特点?两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料一般表现为失去电子,通入负极。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,通入正极。

[燃料电池的规律]①燃料做负极，助燃剂氧气为正极②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。燃料电池与前几种电池的差别：①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出1.碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池都属于二次电池。(

)2.二次电池充电时,化学能转化为电能。(

)3.二次电池充电时发生的反应不能自发进行。(

)4.某些导电非金属单质、某些导电金属氧化物都可作原电池的电极。(

)5.燃料电池工作时需要点燃条件才可发生。(

)6.燃料电池的燃料可以是氢气、烃、甲醇、氨等物质。(

)[练一练]

判断正误其他燃料电池

在燃料电池中,电解质溶液参与电极反应,电解质酸碱性的改变,会引起电极反应的变化,但不影响燃料及O2的性质。

电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时,还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。(1)甲烷燃料电池（电解质:KOH）正极（通O2）：负极（通CH4）：总反应：2O2+4H2O+8e－===8OH－CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O(2)甲醇燃料电池（电解质：KOH）正极：负极：总反应：3O2+6H2O+12e－===12OH－(3)肼燃料电池（电解质：KOH）正极：负极：总反应：O2+2H2O+4e－===4OH－(4)熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池具有较高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极反应物,空气与CO2的混合气为正极反应物,制得在650℃下工作的燃料电池。有关的电池反应式为:正极：负极：总反应：2CO+O2===2CO2二、书写燃料电池电极反应式和总反应式[书写步骤]1.写出燃烧反应的化学方程式；2.根据电解液改写燃料电池总反应；3.写出正极的电极反应式(一般较简单);4.由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。[注意事项]1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则；2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；3．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在)；4．溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H＋结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-。1.下列几种化学电池中,不属于可充电电池的是(

)A.碱性锌锰电池B.手机用锂离子电池C.汽车用铅酸蓄电池D.玩具用镍氢电池A[练一练]2.在碱性锌锰电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有关该电池的电极反应式的书写正确的是(

)A.负极反应式为Zn-2e-=Zn2+B.负极反应式为Zn+2H2O-2e-=Zn(OH)2+2H+C.正极反应式为2MnO2+2H+