化学人教版(2019)必修第二册6.1.3化学电源（共23张ppt）

(共23张PPT)
课题：第一节化学反应与能量变化
第六章　化学反应与能量
第3课时 化学电源
[学习目标]
1.设计简单的原电池
2.知道常见的化学电源有哪些。
3.了解部分化学电源的工作原理。
制作水果电池：超级柠檬电池
同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。
[提出问题]　影响自制电池效果的因素有哪些？
[查阅资源]　电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。
[实验探究]　Ⅰ.按如图连接水果电池。
科学探究：
Ⅱ.实验记录如下：
序号 电极 电极间距 水果种类 电流表示数(μA)
① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5
② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3
③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0
④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7
⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4
⑥ 石墨棒—Al 1.0 cm 柠檬 104.5
[解释与结论]
(1)实验①②③的目的是_____________________________。
对比实验①②③得出的结论是___________________________________
______________________。
(2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的
结论，需要对比实验_____(填序号)。
对比④⑤得出的结论是__________________
_____________________________________。
探究电极材料对电池效果的影响
在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好
①④
在其他条件相同时，
电极间距越小，电流越大，电池效果越好
[反思与探讨]
(3)水果电池中，水果的作用是_____________。
(4)对比实验①②③可知构成水果电池的电极必须具备的条件为_________
________，构成水果电池的其他要素还有________________________、_____________、_____________。
作电解质溶液
两极金属
活动性不同
能发生自发的氧化还原反应
形成闭合回路　 有电解质溶液
生活中的电池
干电池
纽扣电池
常见的化学电源
1、一次电池——锌锰干电池
①特点：电池放电后不能充电
②锌筒为负极，电极反应是Zn - 2e- = Zn2+。
③石墨棒为正极，二氧化锰是氧化剂。
④NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。
在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，属于一次电池。
2、二次电池(充电电池)
（1）特点：放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
（2）能量转化：化学能 电能
（3）实例：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等的电能。
（4）应用：汽车、手机、笔记本电脑等
放电
充电
①铅酸蓄电池
总反应式：
Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42－ 2PbSO4 + 2H2O
放电
充电
电解液：
电极：
电极方程式
正极（PbO2）：
负极（Pb）：
H2SO4 溶液
PbO2是正极；Pb是负极
PbO2+2e－+SO42－+4H+=PbSO4+2H2O
Pb－2e－+SO42－ =PbSO4
优点：电压稳定，反复使用，安全可靠。
缺点：污染环境
总反应式：Li+MnO2=LiMnO2
负极（Li）： Li － e－ ==Li+
正极（MnO2)：Li++MnO2 ＋ e－ == LiMnO2
优点:质轻、比能量高、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命。
②锂电池
电极方程式
铅酸蓄电池常用作汽车电源，其结构如图所示。放电时其电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4==2PbSO4＋2H2O
(1)负极材料是　　　，正极材料是　　 ，电解质溶液是　　　　。
（2）工作时，电解质溶液中的H＋移向　　　　　极。
（3）工作时，电解质溶液中的硫酸浓度　　　　（填“增大”“减小”或“不变”）。
（4）当铅酸蓄电池向外电路提供2 mol电子时，理论上负极板的质量增加
　　　　 g。
　96 g
Pb
PbO2
H2SO4
正
减小
小试牛刀1
科学·技术·社会
燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。
燃料电池的供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领城有广阔的应用前景。
3.发展中的燃料电池
北京冬奥会使的用氢燃料汽车
A
Pt
(-)
Pt
(+)
正极室
负极室
隔膜
电解质溶液
燃料
O2
电解质溶液：酸溶液或碱溶液
电极：负极：燃料 （如H2、CH4、乙醇）
正极：氧气
(1）氢氧燃料电池
H2SO4溶液为电解质溶液（酸性）
KOH溶液为电解质溶液（碱性）
负极：
正极：
O2 + 4e－ + 4H+ ＝2H2O
O2 +4e－ +2H2O ＝4OH－
负极：
正极：
H2 －2e－ ＝2H+
2H2 -4e－ +4OH－ ＝4H2O
总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O
H2SO4溶液为电解质溶液（酸性）
负极：CH4 —8e－+2H2O＝CO2+8H+ 　　
正极：2O2+8e－+8H+＝4H2O 　　
总反应式：2O2+CH4＝2H2O+CO2
KOH溶液为电解质溶液（碱性）
负极：CH4+10OH－—8e－＝CO32－+7H2O 　　
正极：2O2+8e－+4H2O＝8OH－　　
总反应式：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O 　　
（2）甲烷燃料电池
1.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
√
小试牛刀2
（1）负　4Al－12e－＋12OH－＝4Al（OH）3（2）正　3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－
2.以镁片、铝片为电极，NaOH溶液为电解质溶液构成原电池，负极反应式
为　　　　 　　 ，正极反应式　 　　　 ，
总反应式为　　　　　　　　　　　　　 。
Al－3e－＋4OH－＝Al(OH)4－
2H2O＋2e－＝2OH－+H2↑
2Al＋6H2O＋2OH－＝Al(OH)4－+3H2↑
（1） 科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
①上述生产硫酸的总反应式为　　　　　　　　　　　　　　，b电极是　　　　　　（填“正”或“负”）极，b电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　，a 电极发生　　　　　　（填“氧化反应”或“还原反应”）。
②生产过程中H＋ 向　　　　　（填“a”或“b”）电极移动。
（2）将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，可构成甲烷燃料电池，已知通入甲烷的一极为负极，其电极反应式为　　　　　　　　　，该燃料电池总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　，电池在放电过程中溶液的pH 将　　　　　（填“增大”“减小”或“不变”）。
3.（1） 科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
①生产硫酸的总反应式为　　　　　　　　　　，
b电极是　　　（填“正”或“负”）极，b电极
反应式为　　　　　　　　　　　　　。
②生产过程中H＋ 向　 （填“a”或“b”）电极移动。
（2）将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，可构成甲烷燃料电池，已知通入甲烷的一极为负极，其电极反应式
为　　　　 　 　　　　，该燃料电池正极反应式
为　　　　　　 　　　　。
2SO2＋O2＋2H2O＝2H2SO4
正
O2＋4H＋＋4e－＝2H2O　
b
CH4＋10OH－－8e－＝CO32—＋7H2O
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－　
课堂小结
1.制作并探究水果电池
2.常用化学电源
（1）干电池：锌锰干电池
（2）二次电池
（3）燃料电池
铅酸蓄电池
锂电池
氢氧燃料电池
甲烷燃料电池
THANKS