化学人教版（2019）必修第二册6.1.3化学电池（共22张ppt）

(共22张PPT)
第六章 化学反应与能量
　第一节　化学反应与能量变化
第3课时　化学电源
学习目标
1.了解和学习电池的分类、优点及适用范围。
2.了解几类化学电源的构造、原理新型化学电源。(重点)
3.掌握原电池电极方程式及总反应方程式的书写。(难点)
步骤 实例 将反应拆分为电极反应
选择电极材料
选择电解质
画出装置图 学生活动1：请根据原电池的原理，将Fe＋Cu2+==Fe2+＋Cu设计成原电池。
负极反应
正极反应
Fe－2e－==Fe2＋
Cu2＋＋2e－==Cu
负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属
正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨
Cu或C
Fe
一般为与负极反应的电解质
CuSO4溶液
原电池的设计方法
(1)找：找一个能够自发进行的氧化还原反应，只有自发进行的氧化还原反应才能被设计成原电池。
(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。
还原剂－ne－==氧化产物(负极电极反应)
氧化剂＋ne－==还原产物(正极电极反应)
(3)定：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极活泼性差的金属或能导电的非金属。
(4)画：连接电路，形成闭合回路，画出原电池示意图。
【课堂练习】1.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+==Zn2++Cu，该反应的的原电池正确组合是（ ）
C
A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
2.某原电池 2Fe3++Fe == 3Fe2+不能实现该反应的原电池是( )
A．正极Cu，负极Fe，电解质溶液FeCl3
B．正极C，负极Fe，电解质溶液Fe(NO3)3
C．正极Pt，负极Fe，电解质溶液Fe2(SO4)3
D．正极Ag，负极Fe，电解质溶液CuSO4
D
思考与交流
Q1：为电车寻找动力源（电池）需要考虑哪些因素？
Q2：电池优劣的判断标准有哪些？
Q3：简单原电池可作为电车的动力源吗？为什么？
成本、续航、动力、安全性、充电时长……
比能量、比功率、电池的可储存时间的长短
缺点：
①液体电解质不便携带
②Zn与HSO4溶液直接接触反应，降低了电池的能量转化率
③电池工作时，不断产生氢气，具有危险性
④放电后不可再充电
⑤容量有限，动力不足
任务1：基于上述问题分析，对原电池进行改良
液体电解质，易漏液，不便携带
稀酸：电容量较小
浓酸：自放电严重
加淀粉
换HSO4
为NHCI4
自发电减弱但产生H2
加MnO2
阻止H2产生
自发电减弱但产生H2
任务2：阅读教材38页，了解常见化学电源的特点。
Zn+2MnO2+2NH4Cl==ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O
负极(Zn)：
正极(C)：
改进方法：
酸性电解质→
碱性电解质
缺点：
Zn-2e-==Zn2+
2MnO2+2NH4++2e- == Mn2O3+2NH3↑+H2O
（1）普通锌-锰干电池
特征：体积小、性能好，电解质溶液由原来的酸性变为碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。
优点：价格低、电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会涨气或漏液。
缺点：多数只能一次使用价格较贵。动力不足、不可充电
（2）碱性锌-锰干电池
正极：MnO2 负极：Zn 电解质：KOH
工作原理：负极：Zn＋2OH－－2e－==Zn(OH)2
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－==2MnO(OH)＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O==2MnO(OH)＋Zn(OH)2
负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4
正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O
正极：PbO2
负极：Pb
电解质：H2SO4溶液
氧化反应
还原反应
正负极材料
Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O
放电
充电
有些电池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，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。这种充电电池属于二次电池。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酸蓄电池。
锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。
锂电池
新一代可充电绿色电池，可用于笔记本电脑、手机、数码相机等低功耗电器。
锂电池以金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（SOCl2）中组成
负极：8Li – 8e– = 8Li+
正极：3SOCl2 + 8e– = SO32– + 2S + 6Cl–
总反应：8Li + 3SOCl2 = 6Li + Li2SO3 + 2S
此电池的电解液不能是某种物质的水溶液，因为锂和水反应。
学生活动2：阅读教材39页科学·技术·社会，了解发展中的燃料电池，完成下列问题。
1.燃料电池具有哪些特点？与干电池或蓄电池相比
主要有什么差别？
2.写出H2和O2燃烧生成水的化学方程式，用双线桥
标出电子转移的方向和数目。
3.若利用该反应设计成原电池，请预测H2和O2分别在电池哪个电极参与反应？两个电极反应式分别是什么？
4.电极材料选用什么？作用是什么？
5.电解质溶液选用什么？在不同的电解质溶液中两个电极反应式有该如何书写？
O2始终为正极
电解质溶液为硫酸溶液时
正极：
负极：
总反应式： 2H2+O2==2H2O
氢氧燃料电池
酸性 碱性
负极反应式
正极反应式
电池总反应 O2+ 4e- + 4H+ == 2H2O
2H2–4e- == 4H+
2H2－4e－==4H＋
2H2＋4OH－－4e－==4H2O
O2＋4H＋＋4e－==2H2O
O2＋4e－＋2H2O==4OH－
2H2＋O2==2H2O
学生活动3：写出以甲烷（CH4）和甲醇（CH3OH）为燃料电池在酸性或碱性为电解质溶液的电极反应式。
甲烷燃料电池
①电解质溶液为酸性时：
总反应式：CH4+202 == CO2+2H2O
负极：CH4-8e-+2H2O == CO2+8H+
正极：202+8e-+8H+ == 4H2O
②电解质溶液为碱性时：
总反应式：CH4+2O2+20H- == CO32-+3H2O
负极：CH4-8e-+100H- == CO32-+7H2O
正极：202+8e-+4H2O == 8OH-
甲醇燃料电池
①电解质溶液为酸性时：
负极：2CH3OH-12e-+2H2O == 2CO2+12H+
正极：302+12e-+12H+ == 6H2O
总反应式：2CH3OH+302 == 2CO2+4H2O
②电解质溶液为碱性时：
负极：2CH3OH-12e-+16OH- == 2CO32-+12H2O
正极：302+12e-+12H2O == 12OH-
总反应式：2CH3OH+302+40H- == 2CO32-+6H2O
注意：
① 酸性介质中，若生成OH-，结合H+→H2O
碱性介质中，若生成H+，结合OH-→H2O
②碱性介质中，若生成CO2，结合OH-→CO32-
③碱性介质中，若生成金属阳离子，则可能会结合OH-→沉淀M(OH)n
④O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，
在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－。
学生活动3：阅读优化设计P46-47方法突破，并完成【例题3】【针对训练3】、学以致用T3
1.下列有关电池的说法不正确的是（ ）
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中，锌电极是负极
2.已知空气—锌电池的电极反应为锌片：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O；碳棒：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，据此判断，锌片是（ ）
A.正极 被还原 B.正极 被氧化
C.负极 被还原 D.负极 被氧化
【课堂练习】
√
√
3.汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4 == 2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是
A.Pb是正极 B.负极反应是Pb＋SO42-－2e－==PbSO4
C.PbO2得电子，被氧化 D.电池放电时，溶液的酸性增强
4.氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下图。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是
A.该电池工作时电能转化为化学能
B.该电池中电极a是正极
C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D.该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O
√
【课堂练习】
√
5.LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是（ ）
A.a处通入氧气，b处通入氢气
B.通入H2的电极发生反应：H2－2e－===2H＋
C.通入O2的电极为电池的正极
D.该装置将化学能最终转化为电能
6.如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C 为电解质溶液，下列说法错误的是(　　)
A.B极为原电池的正极
B.A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
C.C中阳离子向A极移动
D.A极发生氧化反应
【课堂练习】
√
√
7.燃料电池是燃料（如CO、Hz、CH等）与氧气（或空气）发生反应将化学能转化为电能的装置，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-==40H-
B.负极反应式：CH4+80H--8e-==CO2+6H2O
C.随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
【课堂练习】
D
8.一种镁-空气电池装置如图所示，电极材料为金属
镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。
（1）负极电极反应式 。
正极电极反应式 。
（2）电子移动的方向是由 经外电路到 。（填“a”或“b”）
（3）电池总反应式为 。
Mg-2e-+20H-==Mg(OH)2
O2+4e-+2H2O==4OH-
2Mg+02+2H2O==2Mg(OH)2
a b
【课堂练习】
9.锌—空气电池(原理如下图)适宜用作城市电动车的动力电源，放电时Zn转化为ZnO。则该电池放电时下列说法正确的是
A．将电能转化为化学能
B．氧气在石墨电极上发生还原反应C．电流由Zn电极经导线流向石墨电极
D．该电池放电时OH—向石墨电极移动
√
10.燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是
A．a极是负极，该电极上发生氧化反应B．b极反应是O2＋2H2O＋4e-=4OH-C．总反应方程式为2H2＋O2=2H2OD．若将H2改成CH4，则负极电极反应为：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
√
【课堂练习】
√
11.某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上，该电池用30% H2SO4溶液作电解质溶液。有关这种燃料电池的下列说法正确的是
A．该电池工作时，正极区域溶液pH上升B．a电极为负极，发生还原反应C．正极上反应的电极反应式为：O2+2H2O+4e = 4OH D．该电池能够将化学能全部转化为电能且产物是水，属于环境友好电池