化学人教版（2019）必修第二册6.1.3化学电池 （共40张ppt）

(共40张PPT)
03
化学电池
通过前面的学习，我们了解了原电池的工作原理和构成条件。为了满足生产、生活、科学研究等各方面的需要，科学家根据原电池原理设计出了许许多多形状各异、用途不同的实用电池，极大地方便了我们的生活，也有力地促进了科学的发展。
一.化学电源（化学电池）
1.定义
将化学能变成电能的装置
2.分类
①一次电池又称不可充电电池——如：干电池
电池消耗到一定程度，就不能使用；（只放不充，环境污染）。如普通干电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池等。
②二次电池又称充电电池——蓄电池
放电后可以再充电重新使用；放电为原电池，充电为电解池。（可放可充，发展方向）。如铅蓄电池、锌银蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。
③燃料电池
一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（能量很高，前景远大）。如氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。
④其他电池：
如海水电池、心脏起搏电池等。（特殊用途，现代科技）
1.一次电池
(1)特点：电池放电后_____充电(内部的氧化还原反应_____逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。
(2)锌锰干电池的构造如图所示。
①锌筒为_____，电极反应是_________________。
②石墨棒为_____，最终被还原的物质是_________。
③NH4Cl糊的作用是_____________。
④特点：放电后不能充电，便于携带，价格低。
不能
无法
负极
Zn－2e－===Zn2＋
正极
二氧化锰
作电解质溶液
电解质是氯化铵具有酸性，因此电池不能长期保存
（1）普通锌锰电池
Zn—MnO2 —NH4Cl
负极：Zn-2e-=Zn2+
正极： +2e-+2MnO2=2NH3 ↑+Mn2O3+H2O
总反应
Zn+2MnO2 + 2NH4Cl =ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O
0 +4 +2 +3
1.一次电池
锌锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部的糊状电解质会泄露出来，使电器腐蚀。为了延长电池寿命和提高其性能，人们将在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池，电池内的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH，制成了碱性锌锰电池。
锌粉取代锌筒，KOH取代NH4Cl，增大接触面积加快反应速率，减少电池内阻，电流大电压高寿命长
电池总反应：
Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
负极：Zn + 2OH– – 2e– =Zn(OH)2
正极：2MnO2 + 2H2O +2e– = 2MnOOH + 2OH–
锌粉取代锌筒，KOH取代NH4Cl，增大接触面积
加快反应速率，减少电池内阻，电流大电压高寿命长
0 +4 +3 +2
（2）碱性锌锰电池
Zn—MnO2 —KOH
1.一次电池
微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O + Zn + H2O = 2Ag + Zn(OH)2，下列说法正确的是
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．电池工作过程中，电解液中OH-向正极迁移
C．负极发生反应Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
D．正极发生反应Ag2O + 2H+ + 2e- = 2Ag + H2O
总反应未消耗KOH，但是耗水，所以C增大
+1
0
0
+2
（2）银锌纽扣电池
1.一次电池
（2）二次电池——充电电池
①特点：它在放电时进行氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。
②实例：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。目前汽车上使用的多数是铅酸蓄电池。手机、笔记本电脑、照相机和摄像机等电器所用的电池多数为锂离子电池。
化学能
电能
放电
充电
（2）电极材料： 负极：Pb 正极：PbO2 电解质：H2SO4
（3）电极反应式：
Pb-2e-+SO42-=PbSO4
PbO2+4H++2e-+SO42-=PbSO4+2H2O
PbSO4+2e-=Pb+ SO42-
PbSO4+2H2O-2e-= PbO2+4H++SO42-
化学能转化为电能
电能转化为化学能
（1）电池总反应：
Pb +PbO2 +2H2SO4 2PbSO4+2H2O
充电
放电
以铅蓄电池为例
铅蓄电池的优缺点
①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。
②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。
(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细( )
(2)充电电池可以无限制地反复充电、放电( )
(3)二次电池充电时化学能转化为电能( )
×
正误判断
×
×
应用体验
1.某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是
A.锌筒是原电池的正极
B.石墨电极上发生氧化反应
C.铵根离子流向石墨电极
D.电子经石墨棒沿电解质溶液流向锌筒
√
2.(2022·浙江舟山调研)氟离子电池是一种前景广阔的新型电池，其能量密度是目前锂电池的十倍以上。其中一种氟离子电池的工作原理为3Mg
＋2BiF3 3MgF2＋2Bi(MgF2为难溶盐)，电解质为熔融氟化物。下列
说法正确的是
A.放电时，负极的电极反应式为Mg－2e－＋2F－===MgF2
B.放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极
C.放电时，化学能完全转化为电能
D.放电时，F－向正极移动
√
（3）发展中的燃料电池（氢氧燃料电池、甲醇燃料电池）
是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置，与火力发电相比燃料利用率高、能量转化率高，在放电时需要外部持续供给燃料和氧化剂
（3）发展中的燃料电池（氢氧燃料电池、甲醇燃料电池）
1.
原理
利用原电池的工作原理，燃料和氧化剂分别放在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。
优点
2.
高效(能量转化率可以达到80%以上), 环境友好。
H2SO4(aq)
H2
O2
— +
负极：2H2 - 4e- = 4H+
正极：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O
总反应：2H2 + O2 = 2H2O
酸性:
NaOH(aq)
H2
O2
— +
碱性:
负极：2H2 - 4e- +4OH-= 4H2O
正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
总反应：2H2 + O2 = 2H2O
（3）发展中的燃料电池（氢氧燃料电池、甲醇燃料电池）
介质 电池反应：2H2 +O2 == 2H2O
酸性 负极
正极
中性 负极
正极
碱性 负极
正极
2H2 - 4e- == 4H+
O2 + 4H+ + 4e- == 2H2O
2H2 - 4e- == 4H+
O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
2H2 + 4OH-- 4e- == 4H2O
O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
氢氧燃料电池
（3）发展中的燃料电池（氢氧燃料电池、甲醇燃料电池）
总: 2H2＋O2＝2H2O
MCFC型燃料电池（可同时供应电和水蒸气）
其工作温度为600℃－700℃
燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3
负极
正极
+: O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32-
-: 2H2 - 4e- + 2CO32- = 2CO2 + 2H2O
以固体氧化锆—氧化钇为电解质这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过
+: O2 + 4e- = 2O2-
-: 2H2 - 4e- + 2O2- = 2H2O
总：2H2 + O2 = 2H2O
负极
正极
课堂练习：以CH3OH为燃料的燃料电池总反应和电极反应式的书写
1．酸性介质：
总反应：
负极：
正极：
2．碱性介质：
总反应：
负极：
正极：
3O2+6H2O+12e-=12OH-
2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O
2CH3OH+4OH-+3O2=2CO32-+6H2O
2CH3OH+3O2=2CO2+6H2O
2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+
3O2+12H++12e-=6H2O
特别提醒　在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。
3．熔融Na2CO3介质：
总反应：
负极：
正极（充入CO2和O2）：
4．熔融氧化物介质：
总反应：
负极：
正极：
2CH3OH+3O2=2CO2+6H2O
2CH3OH+3O2=2CO2+6H2O
2CH3OH-12e-+6CO32-=8CO2+4H2O
3O2+12e-+6CO2=6CO32-
2CH3OH-12e-+6O2-=2CO2+4H2O
3O2+12e-=12O2-
甲烷燃料电池
(1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电( )
(2)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应( )
(3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能( )
(4)原电池中正极材料一定发生还原反应( )
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子( )
×
正误判断
×
×
×
×
深度思考
将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图
所示(A、B为多孔碳棒)。
(1)实验测得OH－定向移向A电极，则____(填“A”
或“B”)电极入口通CH4，其电极反应式为
_________________________________，另一电极
的电极反应式为_______________________。
A
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
深度思考
(2)若将电解质溶液更换为稀H2SO4，实验测得B电
极附近的pH减小，则A处电极入口通入的气体是
____，其电极反应式为______________________，
B电极的电极反应式为______________________
______。
O2
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2
＋8H＋
应用体验
1.(2022·江西新余市第一中学高一期末)国家电投氢能公司全自主研发的“氢腾”燃料电池系统广泛应用于氢能大巴。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是
A.电池工作时，电解质溶液中的H＋向b极
移动
B.a极发生的电极反应为H2＋2e－＋2OH－
===2H2O
C.b极为正极，发生氧化反应
D.当外电路有1 mol电子转移时，b极消耗5.6 L O2
√
2.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是
A.负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B.负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C.随着放电的进行，溶液的OH－浓度不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
√
1.如图为发光二极管连接柠檬电池装置，下列说法正确的是
A.铁环作为柠檬电池的正极
B.电流由铁环经导线流向发光二极管
C.负极的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
D.可将柠檬替换成盛装乙醇溶液的装置
1
2
3
4
√
2.下列电池工作时，O2在正极得电子的是
1
2
3
4
A B C D

锌锰电池 铅酸蓄电池 氢氧燃料电池 镍镉电池
√
氢氧燃料电池的总反应是2H2＋O2===2H2O，因而正极是O2得电子发生还原反应。
09
3.(2022·黑龙江大庆中学高一期中)纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池下列叙述不正确的是
A.电池的正极发生还原反应
B.Zn为负极，发生氧化反应，反应过程中失去电子
C.电池工作时，电解质溶液中的阳离子移向正极
D.电池使用时，电子由Zn极经电解质溶液流向Ag2O极
1
2
3
4
√
4.一种直接铁燃料电池(电池反应为3Fe＋2O2===Fe3O4)的装置如图所示，下列说法正确的是
A.Fe极为电池正极
B.KOH溶液为电池的电解质溶液
C.电子由多孔碳极沿导线移向Fe极
D.5.6 g Fe参与反应，导线中转移
1.204×1023个电子
1
2
3
4
√
1
2
3
4
5
1.有如图所示的装置，当电流表中显示产生持续电流时，下列说法正确的是
A.Cu作原电池的负极
B.Al作原电池的负极
C.电子由铝极沿导线流向铜极
D.铝片上的电极反应式为Al－3e－===Al3＋
√
1
2
3
4
5
2.将Cu、Zn和稀硫酸组成原电池装置，当导线中有0.5 mol电子通过时，下列说法正确的是
A.锌电极反应：Zn－2e－===Zn2＋，锌片上产生0.25 mol的H2
B.铜电极反应：2H＋＋2e－===H2↑，锌片溶解16.25 g
C.电流由锌电极经导线流向铜电极
D.溶液中 移向铜电极
√
1
2
3
4
5
3.下列电极反应正确的是
A.以惰性材料为电极，以KOH溶液为电解质溶液构成的氢氧燃料电
池，负极反应为H2－2e－===2H＋
B.铜、锌在稀硫酸中构成原电池，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑
C.以铜为电极，将2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计成原电池，正极
反应为Cu－2e－===Cu2＋
D.以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极反应为Al
－3e－===Al3＋
√
1
2
3
4
5
4.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高等优点而受到了重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是
A.Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B.Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C.MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===
D.Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
√
1
2
3
4
5
5.人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，回答下列问题。
(1)铅酸蓄电池在放电时发生的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4
===2PbSO4＋2H2O。负极电极反应式为 ______________________。
1
2
3
4
5
(2)FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生反应：2FeCl3＋Cu=== 2FeCl2＋CuCl2，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为____，当线路中转移0.2 mol电子时，则被腐蚀铜的质量为____ g。
根据原电池的工作原理，负极电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负极所用电极材料为Cu。当线路中转移0.2 mol电子时，被腐蚀Cu的物质的量为0.1 mol，其质量为0.1 mol×64 g·mol－1＝6.4 g。
Cu
6.4
1
2
3
4
5
(3)燃料电池是一种高效、环境友好的供电
装置，以甲醇作燃料的电池，如图所示。
①负极反应物是_______，H＋从__极移到__
极(填“a”或“b”)。
根据图示CH3OH发生失电子的氧化反应生成CO2，b极为负极；O2发生得电子的还原反应生成H2O，a极为正极。负极反应物为CH3OH，原电池中阳离子向正极迁移，H＋从负极(b极)移到正极(a极)。
CH3OH　 b　 a
1
2
3
4
5
②正极电极反应式为____________________
_____，负极电极反应式为_______________
_____________________。
3O2＋12e－＋12H＋===
2CH3OH－12e－
6H2O
＋2H2O===2CO2＋12H＋