4.1 课时2 化学电源 课件 (共25张PPT)2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

(共25张PPT)
第四章 化学反应与电能
第一节 原电池 课时2
1.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。
MnO2
Zn
KOH
Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2
2MnO2+2e-+2H2O==2MnO(OH)+2OH-
碱性锌锰电池
(1)组成:正极:　　　;负极:　　;电解质:　　　。
PbO2　
Pb
H2SO4
2.二次电池
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++Cy
Li1-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＝2H2O
②碱性条件下工作原理：
总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O
①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-= 2H2O
③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++2e-=2MnO(OH)
D.正极反应式为2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-
D
3.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
D
化学电源
一次电池
二次电池
燃料电池
电极方程式的书写
废电池回收利用
碱性锌锰电池
铅酸蓄电池
氢氧燃料电池
写出燃烧反应的化学方程式
根据电解液改写燃料电池总反应
写出正极的电极反应式
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