1.2.2化学能与电能的转化（化学电源）（同步课件）-第二辑：苏教版2019选择性必修1高二化学课件+练习 特供省重点 2021-2022学年高中化学苏教版（2019）选择性必修一课件+练习

第二节

化学能与电能的转化

课时2

化学电源

第一章

化学反应与能量变化授课人：学习目标1.证据推理与模型认知：了解常见的一次电池、二次电池、燃料电池的原理，优点及质量优劣的评价。2.变化观念与平衡思想：掌握新型化学电源的工作原理、电极反应、分析现象及相关计算。课程导入结构简单一次电池反复使用二次电池连续工作燃料电池新型电池化学电源按其反应原理分类：一、化学电源概述普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池又称为充电电池或蓄电池，铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池。电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用，放电后不可再充电。一次电池1放电后可以再充电，可多次重复使用。二次电池2燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。燃料电池3特点一、化学电源概述二、一次电池普通锌锰干电池的构造示意图碱性锌锰电池的构造示意图负极正极电解质溶液负极正极电解质溶液锌锰干电池工作原理二、一次电池碱性锌锰干电池总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2

负极：正极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH

＋2OH－正极金属外壳离子型导电隔膜Zn粉KOH混合物负极铜针MnO2KOH混合物e-+-纽扣式银锌电池的构造示意图Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－负极正极电解质溶液总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag负极：正极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2二、一次电池二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此二次电池可以多次重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池。三、二次电池三、二次电池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稀硫酸三、二次电池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。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。PbPbSO4PbO2PbSO4放电充电负极正极放电充电铅蓄电池工作原理三、二次电池铅蓄电池负极：正极：Pb+SO4

2--2e-=PbSO4PbPbO2硫酸溶液电解质：PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放电过程中，负极质量的变化是

，电解质溶液pH的变化是

。放电过程增大增大三、二次电池铅蓄电池阴极(发生还原反应)：阳极(发生氧化反应)PbSO4＋2e－===Pb＋SO42-PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42-总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充电过程充电时，铅蓄电池阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连。三、二次电池随着信息技术的发展，为了适应移动通信、便携式电脑和各种电子产品等的广泛使用，科研工作者不断研制出小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。三、二次电池放电过程负极：正极：MH-e-+OH-=M+H2OMHNiO(OH)KOH溶液电解质：NiO(OH)+e-=NiO+OH-总反应：

NiO(OH)+MHNiO+M+H2O镍氢电池三、二次电池锂离子电池放电时：Li＋由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，得到电子生成Li重新嵌入石墨中嵌锂石墨(LixC6)磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2)电解质溶液：锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液正极：负极：三、二次电池三、二次电池锂离子电池的工作原理示意图电池总反应：LixC6＋Li(1-x)CoO2=LiCoO2＋6C以钴酸锂-石墨锂电池为例负极：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2LixC6－xe－=6C＋xLi＋正极：典例解析例1铅蓄电池是一种典型的可充电电池，其放电时的电池总反应式为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O，则下列说法正确的是(

)

A．电池工作时，负极反应为Pb－2e－===Pb2＋B．铅蓄电池是二次电池，放电时电能转化为化学能C．铅蓄电池放电时两个电极质量都增大D．铅蓄电池充电时阳极电极反应为PbSO4＋2H2O＋2e－=PbO2＋4H＋＋SOC燃料电池应用领域燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。2022北京冬奥会氢能源用车四、燃料电池燃料电池工作原理氢氧燃料电池（碱性介质）负极：氢气正极：

氧气电解质溶液：氢氧化钾溶液电池总反应：

2H2+O2=

2H2O2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－碱性溶液电极反应式不能出现H＋四、燃料电池2H2

-4e-===4H+

O2

+4H+

+4e-===2H2O

氢氧燃料电池（酸性介质）负极：氢气正极：

氧气电解质溶液：硫酸电池总反应：

2H2+O2=2

H2O酸性溶液电极反应式不能出现OH－四、燃料电池名称电解质电极反应和总反应甲烷燃料电池KOH总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O正极：负极：H2SO4总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O正极：负极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－CH4＋10OH－－8e－===CO32-＋7H2O2O2＋8H＋＋8e－===4H2OCH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋四、燃料电池肼燃料电池电解质溶液：氢氧化钾溶液总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O四、燃料电池典例解析例2有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中固体电解质是Y2O3-Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列说法正确的是(

)A．瓦斯分析仪工作时，电池外电路中电流由电极a流向电极bB．电极b是正极，O2－由电极a流向电极bC．电极a的反应式为CH4＋5O2－－8e－===CO＋2H2OD．当固体电解质中有1molO2－通过时，转移电子2molD电池类型原理工艺及目的一次电池原电池原理加入隔膜分隔氧化剂与还原剂，减少电池自损耗。二次电池原电池及电解池原理将相关活性物质富集在电极材料表面，实现物质循环转化。燃料电池原电池原理燃料和氧化剂连续由外部提供，保持电极材料和离子导体稳定，能够实现连续工作。各种电池特性课堂小结一次电池燃料电池不良反应锌锰干电池纽扣电池氢氧燃料电池甲烷燃料电池肼燃料电池二次电池铅蓄电池锂离子电池课堂练习1、

如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是(

)A．放电时，M电极反应为Ni－2e－===Ni2＋B．放电时，Li＋由M电极向N电极移动C．充电时，M电极的质量减小D．充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋BiB2、