4.1.2化学电源（课件）高二化学（人教版2019选择性必修1）

第四章化学反应与电能第一节

原电池第2课时化学电源学习目标1.通过对常见化学电源的分析，建立对原电池过程系统认识的思维模型，提高对原电池本质的认识。2.增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染。情境引入一次电池二次电池燃料电池燃料电池干电池铅酸电池锂电池知识回顾自发的氧化还原反应闭合回路原电池化学能电能离子导体电极材料电极反应电子导体还原反应氧化反应任务一一次电池（放电后不可充电的电池）1.普通锌锰干电池【资料卡片】普通锌锰干电池是最早进入市场的实用干电池。因其电解质溶液用淀粉糊固定化，称为干电池。普通锌锰干电池放电时发生的主要反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)请同学们结合资料和示意图分析：电极反应中的还原剂和氧化剂、电极材料、离子导体。还原剂：氧化剂：负极：正极：离子导体：锌筒ZnMnO2

石墨棒NH4Cl和ZnCl2混合物一次电池任务一思考1

分析普通锌锰干电池长期占据市场和现在逐渐被替代的可能原因。干电池漏液Zn石墨棒NH4ClMnO2NH4ClZnCl2A原因1：会发生自放电原因2：电解质氯化氨为酸性，会腐蚀电池的锌筒且反应有氢气生成，易造成电池膨胀及漏液现象一次电池任务一2.碱性锌锰干电池金属外壳离子型导电隔膜Zn粉和KOH混合物铜针【资料卡片】已知该电池总反应为：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2根据示意图和资料：分析各部分的作用并写出电极反应式。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、离子型导电隔膜负极：Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2正极：2MnO2+2e-+2H2O2MnO(OH)+2OH-

一次电池任务一思考2

阅读资料，找出能使碱性锌锰干电池产生大电流和高电压的设计。【资料卡片】①碱性干电池增大了正负极间的相对面积，用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液，锌也变成粉末状，同时采用了反应活性更高的电解二氧化锰粉；②电流是单位时间内通过横截面的电量。电极活性物质Zn粉、高活性电解MnO2电极材料增大相对面积离子导体高导电性的KOH溶液加快反应速率减小电池内阻大电流高电压改进方式改进目的改进效果二次电池任务二二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.铅酸蓄电池

根据铅蓄电池放电过程的总反应写出电极反应式。【资料卡片】铅蓄电池放电时的总反应为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2OPbSO4难溶于水，充电过程与上述过程相反。负极：Pb+SO42--2e-

PbSO4

正极：PbO2+4H++SO42-+2e-

PbSO4+2H2O优点:电压稳定使用方便安全可靠价格低廉缺点：比能量低、笨重二次电池任务二思考3铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面，分析这样设计的目的。目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。PbPbSO4放电充电负极PbO2PbSO4放电充电正极知识拓展各种新能源汽车电池电池类型镍镉电池镍氢电池锂离子电池比能量/(W·h·kg－1)5560～70120循环寿命/次500以上1000以上1000以上优点比能量较高、寿命长、耐过充放性好比能量高、寿命长比能量高、寿命长缺点镉有毒、有记忆效应、价格较高价格高、高温充电性差价高、存在一定安全性问题比能量（比功率）：电池单位质量或单位体积所能输出

电能的多少（或功率的大小）二次电池任务二2.锂离子电池2019诺贝尔化学奖得主斯坦利·惠廷厄姆在1976年提出了第一个嵌入脱出型的正极材料TiS2，这几乎标志着从早期的Li—MnO2一次电池到现代二次锂电池的转变。TiS2Li+【资料卡片】TiS2是一种微观上具有层状结构的固体材料。充、放电时，Ti元素的化合价发生变化，层状结构所带电荷量发生改变，锂离子会因此从其中脱出或嵌入。二次电池任务二2.锂离子电池结合资料、总反应与示意图，分析:1.放电时Li+迁移方向和电极反应；2.简单说明其能够反复充电的理由。

Li固体TiS2隔膜含Li+的电解质溶液：Li+：e-放电总反应：xLi+TiS2LixTiS2放电时Li+移向正极负极：xLi–xe-

xLi+正极：TiS2+xLi++xe-LixTiS2约翰·古迪纳夫发现了LiCoO2等一系列正极材料，减少了枝晶短路的可能，进而大幅提升锂电池的稳定性

。2019年诺贝尔化学奖得主二次电池任务二2.锂离子电池钴酸锂LiCoO22019诺贝尔化学奖得主吉野彰将碳基材料用作负极，依旧用钴酸锂做正极，并采用聚乙烯或聚丙烯为隔膜，LiClO4的碳酸丙烯酯液为电解质溶液。确立了现代锂离子电池的基本框架。二次电池任务二2.锂离子电池负极材料正极材料放电时的总反应：LixCy

+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy

负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy正极：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2燃料电池任务三1.燃料电池燃料电池是一种连续地将_____和_______的化学能直接转化为_____的化学电源。燃料电池的电极本身不包含_________，只是一个催化转化元件。燃料氧化剂电能活性物质燃料电池的特点①燃料和氧化剂连续的由外部供给，生成物不断地被排出，可以连续不断地提供电能。②电池内部的电极材料和离子导体在工作过程中不发生改变，使燃料电池可以持续工作。燃料电池任务三2.氢氧燃料电池(1)基本构造负极：2H2

-4e-4H+

正极：O2

+4H+

+4e-2H2O

H2

＋O2＝H2O12(2)工作原理总反应：

燃料电池任务三(3)能量转换所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，条件不同。理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，且能量转化率超高。其电能的转化率超过80％，远高于转化率仅30％多的火力发电，大大提高了能源的利用率。燃料电池任务三3.燃料电池电极反应式的书写方法负极为燃料失电子发生氧化反应。正极为O2得电子发生还原反应。例：CH3OH燃料电池电极反应式的书写：(1)酸性电解质：负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋配平小技巧：根据环境用H+调电荷守恒燃料电池任务三配平小技巧：根据环境用OH-调电荷守恒配平小技巧：根据环境用CO32-调电荷守恒燃料电池任务三固体氧化物燃料电池采用固体氧化物为电解质(ZrO2/Y2O3)。固体氧化物在高温下具有传递O2-的能力，在电池中起传递O2-和分离燃料和氧化剂的作用。配平小技巧：根据环境用O2-调电荷守恒总结提升化学电源电极反应式的书写(1)根据电源总反应式或装置确定正、负极的反应物；原电池的正极大多数只起导电作用，而化学电源的正极材料得电子参与电极反应。(2)根据电源总反应式的产物或装置中微粒的种类确定稳定的产物，要特别注意溶液的酸碱性和离子共存问题。(3)利用氧化还原配平方法配平电极反应式，运用原子守恒和电荷守恒进行检查。巩固练习1．镍­镉电池是一种可充电的“干电池”，使用寿命长达10～15年。其总反应为Cd＋2NiO（OH）＋2H2O===2Ni（OH）2＋Cd（OH）2。下列说法不正确的是（）A．放电时，负极发生了氧化反应，反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd（OH）2B．充电时，正极反应为Ni（OH）2－e－＋OH－===NiO（OH）＋H2OC．电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小D．该电池充电时将电能转化为化学能C放电充电巩固练习2．甲醇－空气燃料电池（DMFC）是一种高效、轻污染的车载电池，其工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是（）A．该装置能将电能转化为化学能B．电流由乙