4.1.2化学电源课件(共31张PPT)2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 4.1.2化学电源课件(共31张PPT)2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-12-13 10:55:36 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
第2课时 化学电源
第一节 原电池
第四章 化学反应与电能
素养目标
重点难点
课标要求 核心素养
1．了解化学电源的种类及工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用； 2．掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式； 3．了解新型电池的工作原理。 1．通过对常见化学电池的分析，培养证据推理与模型认知的能力。
2．通过认识新型化学电源的作用及废旧电池对环境的危害，形成科学态度与社会责任意识。
电池反应的方程式和电极反应式的书写
铅蓄电池
干电池
纽扣电池
锂离子电池
燃料电池
锂离子电池
太阳能电池
生活中电池
将 变成 的装置。广泛应用于移动电话、照相机、计算器、遥控器、汽车、卫星等。
1.概念:
2.优点:
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。
一、化学电池
化学能
电能
3.电池优劣的判断标准:
① 比能量
［单位：(w·h/kg)，(w·h/L)］
指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
② 比功率
[单位：（W/kg，W/L)]
指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
除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更易满足使用者需求。
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池等
锂离子电池
镍氢电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
4. 化学电池的分类
废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。
上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。
5、废电池对环境的危害
8
减少污染
节约资源
废旧电池处理
放电后不可再充电的电池。一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。
常见一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。
二、一次电池（干电池）
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn(NH3)22++2MnO(OH)
负极：
优点：制作简单、价格便宜。
缺点：放电时间短，电压下降快。
1. 普通（酸性）锌锰干电池
作正极， 作电解质溶液， 作负极
石墨棒
氯化铵糊
锌筒
Zn - 2e-+2NH4+= Zn(NH3)22++2H+
正极：
2MnO2 + 2H+ + 2e- = 2MnO(OH)
总反应：
2.碱性锌锰电池
负极：
Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2
正极：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-
氢氧化氧锰
正极: ; 负极： ; 电解质: 。
MnO2
Zn粉
KOH
总反应：
Zn+2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
【练1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用.锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为：
Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) =Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)
下列说法错误的是………( )
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极电极反应为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路每通过0.2mole-, 理论上减小锌的质量6.5g
C
放电后可以再充电使活性物质获得再生的电池。这种充电电池属于二次电池，也叫充电电池或蓄电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。
三、二次电池（蓄电池）
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
铅酸电池由两组栅状电极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb，电解质溶液为H2SO4溶液。
1.铅酸蓄电池
构造：
铅蓄电池的构造
缺点：
优点：
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
：(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+)
总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb -2e- + SO42- =PbSO4
正极：
PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O
氧化反应
还原反应
负极：
(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+)
【练2】关于铅蓄电池放电时的说法正确的（ ）
A．电池的负极材料是铅板
B．正极发生的反应是 Pb +SO42--2e-= PbSO4
C．电池中硫酸的浓度不发生变化
D．负极质量减少、正极质量增加
A
四、燃料电池
①燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的化学电源。
③两极材料：惰性材料（Pt），只具导电性。
②反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。
④两极判断：通入燃料气的一极
通入O2或空气的一极
⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。
⑥优点：能量转换率高；污染小。
负极
正极
1、氢氧燃料电池：
负极：2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O
正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH-
总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
② (-)H2 | OH- | O2(+) 碱性介质
① (-)H2 | H+ | O2(+) 酸性介质
负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+
正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
负极
正极
负极
正极
氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结
2.书写步骤
①析价态，定正负 ②列物质 ③标得失 ④看环境，配守恒
电极反应式的书写方法
方法指导
补项原则：酸性介质（缺H补H+，缺O补H2O）；
碱性介质（缺H补H2O，缺O补OH-）；
熔融氧化物使用O2-；熔融碳酸盐使用CO32-。
1.书写原则：
①质量守恒+电荷守恒+电子守恒
②弱电解质、气体、难溶物均写化学式，其余用离子符号
3.复杂电极反应式书写
复杂电极反应式=总反应式—较简单一极电极式
负极： CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O
正极： 2O2＋4H2O＋8e－ = 8OH－
总反应式： CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O
① H2SO4溶液：
2、甲烷燃料电池
用导线连接两个铂电极插入电解质溶液中，向两极分别通入CH4和O2。
负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+
正极： 2O2＋8H＋＋8e－ = 4H2O
总反应式： CH4+2O2 = CO2+2H2O
② KOH溶液：
3.甲醇燃料电池/KOH
4.肼（N2H4）燃料电池/KOH
正极: 3O2+6H2O+12e- === 12OH-
负极: 2CH3OH+16OH--12e- === 2CO32- +12H2O
总反应: 2CH3OH+3O2+4OH- === 2CO32-+6H2O
正极: O2+2H2O+4e- === 4OH-
负极: N2H4+4OH--4e- === N2+4H2O
总反应: N2H4+O2 === N2+2H2O
知识总结
1.如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是（ ）
A．铅蓄电池属于二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板
C．电池工作时，负极反应为：Pb-2e- +SO42-═PbSO4
D．电池工作时，H+移向Pb板
D
2.下列说法错误的是（ ）
A.化学电池是将化学能转化为电能的装置
B.化学电池中电解质溶液的作用是传递电子
C.碱性锌锰电池以锌作负极，KOH为电解质
D.铅蓄电他是一种二次电池，以PbO2作正极
B
3.利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后，溶液pH不断升高
A．①② B．①③ C．①④ D．③④
A
4.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述不正确的是( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：
C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+
C．放电过程中，H+从负极区向正极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4 L
A
5.“重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（ ）
A.O2在b极得电子，最终被还原为CO32-
B.放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b
C.该电池工作时，CO32-经“交换膜2”移向b极
D.H2参与的电极反应为：H2-2e-+CO32- = H2O+CO2
C
6.电化学气敏传感器可用于检测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是（ ）
A. 工作时，溶液中OH-向电极a移动
B. a极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：5
D. O2在电极b上发生还原反应
C
7.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为：
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH．请回答下列问题：
（1）高铁电池的负极材料是 ，放电时负极的电极反应式为
。
（2）放电时，正极发生 ______ （填“氧化”或“还原”）反应；正极的电极反应式为 ．
放电时， ______ （填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强．
放电
充电
7.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为：
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH．请回答下列问题：
（1）高铁电池的负极材料是Zn，
放电时负极的电极反应式为 Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2。
（2）放电时，正极发生 还原反应；
正极的电极反应式为 FeO42-+ 3e-+ 4H2O =Fe(OH)3+5OH- ．
放电时， 正极附近溶液的碱性增强．
放电
充电
第2课时 化学电源
第一节 原电池
第四章 化学反应与电能
素养目标
重点难点
课标要求 核心素养
1．了解化学电源的种类及工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用； 2．掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理，会书写电极反应式； 3．了解新型电池的工作原理。 1．通过对常见化学电池的分析，培养证据推理与模型认知的能力。
2．通过认识新型化学电源的作用及废旧电池对环境的危害，形成科学态度与社会责任意识。
电池反应的方程式和电极反应式的书写
铅蓄电池
干电池
纽扣电池
锂离子电池
燃料电池
锂离子电池
太阳能电池
生活中电池
将 变成 的装置。广泛应用于移动电话、照相机、计算器、遥控器、汽车、卫星等。
1.概念:
2.优点:
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。
一、化学电池
化学能
电能
3.电池优劣的判断标准:
① 比能量
［单位：(w·h/kg)，(w·h/L)］
指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
② 比功率
[单位：（W/kg，W/L)]
指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
除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更易满足使用者需求。
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池等
锂离子电池
镍氢电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
4. 化学电池的分类
废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。
上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。
5、废电池对环境的危害
8
减少污染
节约资源
废旧电池处理
放电后不可再充电的电池。一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。
常见一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。
二、一次电池（干电池）
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn(NH3)22++2MnO(OH)
负极：
优点：制作简单、价格便宜。
缺点：放电时间短，电压下降快。
1. 普通（酸性）锌锰干电池
作正极， 作电解质溶液， 作负极
石墨棒
氯化铵糊
锌筒
Zn - 2e-+2NH4+= Zn(NH3)22++2H+
正极：
2MnO2 + 2H+ + 2e- = 2MnO(OH)
总反应：
2.碱性锌锰电池
负极：
Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2
正极：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-
氢氧化氧锰
正极: ; 负极： ; 电解质: 。
MnO2
Zn粉
KOH
总反应：
Zn+2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
【练1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用.锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为：
Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) =Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)
下列说法错误的是………( )
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极电极反应为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路每通过0.2mole-, 理论上减小锌的质量6.5g
C
放电后可以再充电使活性物质获得再生的电池。这种充电电池属于二次电池，也叫充电电池或蓄电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。
三、二次电池（蓄电池）
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
铅酸电池由两组栅状电极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb，电解质溶液为H2SO4溶液。
1.铅酸蓄电池
构造：
铅蓄电池的构造
缺点：
优点：
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
：(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+)
总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb -2e- + SO42- =PbSO4
正极：
PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O
氧化反应
还原反应
负极：
(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+)
【练2】关于铅蓄电池放电时的说法正确的（ ）
A．电池的负极材料是铅板
B．正极发生的反应是 Pb +SO42--2e-= PbSO4
C．电池中硫酸的浓度不发生变化
D．负极质量减少、正极质量增加
A
四、燃料电池
①燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的化学电源。
③两极材料：惰性材料（Pt），只具导电性。
②反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。
④两极判断：通入燃料气的一极
通入O2或空气的一极
⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。
⑥优点：能量转换率高；污染小。
负极
正极
1、氢氧燃料电池：
负极：2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O
正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH-
总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
② (-)H2 | OH- | O2(+) 碱性介质
① (-)H2 | H+ | O2(+) 酸性介质
负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+
正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
负极
正极
负极
正极
氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结
2.书写步骤
①析价态，定正负 ②列物质 ③标得失 ④看环境，配守恒
电极反应式的书写方法
方法指导
补项原则：酸性介质（缺H补H+，缺O补H2O）；
碱性介质（缺H补H2O，缺O补OH-）；
熔融氧化物使用O2-；熔融碳酸盐使用CO32-。
1.书写原则：
①质量守恒+电荷守恒+电子守恒
②弱电解质、气体、难溶物均写化学式，其余用离子符号
3.复杂电极反应式书写
复杂电极反应式=总反应式—较简单一极电极式
负极： CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O
正极： 2O2＋4H2O＋8e－ = 8OH－
总反应式： CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O
① H2SO4溶液：
2、甲烷燃料电池
用导线连接两个铂电极插入电解质溶液中，向两极分别通入CH4和O2。
负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+
正极： 2O2＋8H＋＋8e－ = 4H2O
总反应式： CH4+2O2 = CO2+2H2O
② KOH溶液：
3.甲醇燃料电池/KOH
4.肼（N2H4）燃料电池/KOH
正极: 3O2+6H2O+12e- === 12OH-
负极: 2CH3OH+16OH--12e- === 2CO32- +12H2O
总反应: 2CH3OH+3O2+4OH- === 2CO32-+6H2O
正极: O2+2H2O+4e- === 4OH-
负极: N2H4+4OH--4e- === N2+4H2O
总反应: N2H4+O2 === N2+2H2O
知识总结
1.如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是（ ）
A．铅蓄电池属于二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板
C．电池工作时，负极反应为：Pb-2e- +SO42-═PbSO4
D．电池工作时，H+移向Pb板
D
2.下列说法错误的是（ ）
A.化学电池是将化学能转化为电能的装置
B.化学电池中电解质溶液的作用是传递电子
C.碱性锌锰电池以锌作负极，KOH为电解质
D.铅蓄电他是一种二次电池，以PbO2作正极
B
3.利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后，溶液pH不断升高
A．①② B．①③ C．①④ D．③④
A
4.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述不正确的是( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：
C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+
C．放电过程中，H+从负极区向正极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4 L
A
5.“重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（ ）
A.O2在b极得电子，最终被还原为CO32-
B.放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b
C.该电池工作时，CO32-经“交换膜2”移向b极
D.H2参与的电极反应为：H2-2e-+CO32- = H2O+CO2
C
6.电化学气敏传感器可用于检测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是（ ）
A. 工作时，溶液中OH-向电极a移动
B. a极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：5
D. O2在电极b上发生还原反应
C
7.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为：
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH．请回答下列问题：
（1）高铁电池的负极材料是 ，放电时负极的电极反应式为
。
（2）放电时，正极发生 ______ （填“氧化”或“还原”）反应；正极的电极反应式为 ．
放电时， ______ （填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强．
放电
充电
7.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为：
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH．请回答下列问题：
（1）高铁电池的负极材料是Zn，
放电时负极的电极反应式为 Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2。
（2）放电时，正极发生 还原反应；
正极的电极反应式为 FeO42-+ 3e-+ 4H2O =Fe(OH)3+5OH- ．
放电时， 正极附近溶液的碱性增强．
放电
充电