化學(xué)電源課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修

第2課時

化學(xué)電源第四章

第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與電能學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過交流討論了解一次電池、二次電池和燃料電池的基本構(gòu)造,學(xué)會書寫常見的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)。2.通過相關(guān)的信息分析了解化學(xué)電源的工作原理,初步建立化學(xué)電源工作原理的認(rèn)知模型。3.通過學(xué)習(xí)各類電池的實際應(yīng)用,感受化學(xué)給人類帶來的進(jìn)步和文明,通過了解廢舊電池對環(huán)境的危害,樹立環(huán)保意識。1780年，伽伐尼“生物電”不同金屬電解質(zhì)溶液1800年，伏打發(fā)明第一個電池1836年，丹尼爾改進(jìn)，“雙液電池”負(fù)極材料電解質(zhì)隔膜正極材料1887年，赫勒森發(fā)明干電池鹽橋的作用--隔離氧化劑和還原劑，平衡電荷，連通電路書本P101負(fù)極正極負(fù)載電子

，化合價

，

反應(yīng)。電子

，化合價

，

反應(yīng)。Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++Cu可做電極增加電極（如Cu，石墨）2H2+O2=2H2O增加電極如石墨增加電極如石墨燃料電池自發(fā)的氧化還原反應(yīng)可用于設(shè)計電池流出升高氧化流入降低還原原電池模型e-更理想的電池負(fù)極材料電解質(zhì)隔膜正極材料還原劑氧化劑MgLiPbH2MnO2PbO2Ag2OO2一次電池二次電池燃料電池Zn-MnO2；Zn-Ag2O；鋰電池Li-MnO2/SOCl2Pb-PbO2;Cd-NiOOH;鎳氫電池；鋰離子電池H2等-O2；Mg/Al金屬-O2（空氣）電池（特殊的二次電池）活性物質(zhì)活性物質(zhì)化學(xué)電源1.化學(xué)電源優(yōu)點：化學(xué)電源與其他能源相比①方便攜帶、易于維護(hù)②能量轉(zhuǎn)化效率較高，供能穩(wěn)定可靠③可制成各種形狀、大小和容量不同的電池及電池組化學(xué)電源2.判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)：(1)比能量:電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少。(2)比功率:電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小。(3)電池的可儲存時間的長短。(4)除了特殊情況，質(zhì)量小、體積小、輸出功率大和儲存時間長的電池，更易滿足使用要求。(W·h)/kg或(W·h)/LW/kg或W/L化學(xué)電源3.化學(xué)電源的分類：

就是放電后不可再充電的電池。隨著使用，一次電池中能發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)逐漸被消耗，當(dāng)這些物質(zhì)被消耗到一定程度時，電池就不能繼續(xù)使用了。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。①一次電池：例如：普通鋅錳干電池、堿性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池一次電池二次電池燃料電池鋅筒石墨棒MnO2和炭黑NH4Cl糊1.普通鋅錳電池干電池用鋅皮制成桶形外殼作負(fù)極，中央的帶有銅帽頂蓋的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作電解質(zhì)溶液，還填充MnO2黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。一、一次電池一、一次電池2.堿性鋅錳電池總反應(yīng)式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)21.定電極2.標(biāo)價態(tài)3.配守恒三步法確定正負(fù)電極及其反應(yīng)物（離子環(huán)境）確定升降元素（1）電子守恒

（2）電荷守恒

（3）原子守恒負(fù)極反應(yīng)式:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2;正極反應(yīng)式:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-。思考交流鋅錳干電池即使不用，放置過久，也可能會漏液失效，這是為什么？在使用和保存時又應(yīng)該注意哪些方面？

作為電解質(zhì)的糊狀NH4Cl顯酸性。鋅錳電池在使用和放置過程中，鋅會溶解，鋅筒會逐漸變薄，內(nèi)部糊狀電解質(zhì)會泄漏出來，使電器腐蝕，長時間不用，應(yīng)從電器中取出，密封儲存于低溫干燥處。為了防止泄露，外殼套上防腐金屬或塑料筒，制成防漏電池。堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好，比能量和可儲存時間均有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電。3.鋅銀電池（紐扣電池）鋅銀電池如圖，所示兩電極分別是Zn和Ag2O，電解質(zhì)溶液為KOH溶液總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag優(yōu)點：比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時間長，適宜小電流連續(xù)放電。廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計算器和其他微型電子儀器。負(fù)極反應(yīng)：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極反應(yīng)：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-二、二次電池：

又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后

可以再充電而反復(fù)使用的電池。(1)特點:

放電時所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),在充電時可以逆向進(jìn)行,使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。

(2)實例:鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。

1、鉛酸蓄電池：構(gòu)造：鉛酸蓄電池由兩組柵狀極板交替排列而成，塑料外殼防止酸液泄漏。正極上覆蓋有棕褐色的PbO2，負(fù)極上覆蓋有海綿狀的金屬Pb，正負(fù)電極之間用微孔塑料隔開，兩極均浸入30%H2SO4中。鉛酸蓄電池是典型的二次電池,其性能優(yōu)良、價格低廉、安全可靠、可多次充放電,所以在生產(chǎn)、生活中使用廣泛,如汽車、電動自行車等都使用這種電池。其充、放電時的電池反應(yīng)為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)。負(fù)極:Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s);正極:PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l);放電過程中,負(fù)極的質(zhì)量增大,電解質(zhì)溶液的pH升高。②充電過程：與其放電過程相反分析電極反應(yīng)和電極現(xiàn)象鉛酸蓄電池：鉛蓄電池的優(yōu)缺點：①優(yōu)點：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉，在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。②缺點：比能量低、笨重，廢棄的電池污染環(huán)境。常見鋰離子電池的材料組成：負(fù)極材料：正極材料：電解質(zhì)溶液：嵌鋰石墨(LixCy)鈷酸鋰(LiCoO2)六氟磷酸鋰(LiPF6)的碳酸酯無水溶液鋰離子電池的優(yōu)點：質(zhì)量小，體積小，儲存和輸出能量大。P992、鋰離子電池工作原理：放電時：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：總反應(yīng)：LixCy－xe－=xLi++CyLi1－xCoO2+xe－+xLi+=LiCoO2Li1－xCoO2+LixCy=LiCoO2+CyLi+由石墨中脫嵌移向正極，嵌入LiCoO2晶體充電時：Li+從LiCoO2晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中例1.鋰錳電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機(jī)溶劑中，Li＋通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2?；卮鹣铝袉栴}：(1)外電路的電流方向是由____極流向____極(填字母)。(2)電池正極反應(yīng)式為：(3能否用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑？____(填“是”或“否”)，原因是____abMnO2+e-+Li+=LiMnO2否鋰比較活潑可以和水反應(yīng)減少污染、節(jié)約資源電池中含有大量的重金屬如鋅、鉛、鎘、汞、錳等。據(jù)專家測試，一節(jié)紐扣電池能污染60萬升水；一節(jié)一號電池爛在地里，能使一平方米的土地失去利用價值。若將廢舊電池混入生活垃圾一起填埋，滲出的重金屬物質(zhì)就會滲透土壤、污染地下水，進(jìn)而進(jìn)入魚類、農(nóng)作物等，破壞人類的生存環(huán)境，間接威脅到人類的健康，有的還能致癌。所以我們不要亂扔電池，要及時回收。

作業(yè)

1今天學(xué)習(xí)的一次電池和二次電池模板寫好電極式上筆記本

2課后作業(yè)p183燃料電池將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池負(fù)極H2,CO,烴類，醇類，其他有機(jī)物失電子不同電解質(zhì)體系下的特定結(jié)構(gòu)形式正極通常為氧氣得電子不同電解質(zhì)體系下的特定結(jié)構(gòu)形式如OH-,H2O,O2-不同電解質(zhì)體系下兩極生成物結(jié)構(gòu)電解質(zhì)體系平衡電荷的離子正極負(fù)極酸性溶液堿性溶液固體電解質(zhì)熔融碳酸鹽H+OH-O2-CO32-O2+4H++4e-=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-O2+4e-=2O2-O2+CO2+4e=2CO32-C、H類燃料通常CCO2HH+堿性CCO32-

HH2O當(dāng)堂訓(xùn)練負(fù)4H2O+2O2+8e-=8OH-減弱大于

燃料電池是將H2、CH4、CH3OH、肼等燃料

與O2的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電源。③燃料電池：燃料電池的電極不含活性物質(zhì)，不參與反應(yīng)

，但具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外部提供燃料和氧化劑。燃料電池的結(jié)構(gòu)特點：燃料電池的優(yōu)點：能量轉(zhuǎn)化率高（近80%）、可持續(xù)使用、低污染1、氫氧燃料電池：電極材料：鉑電極（鍍鉑粉）電解質(zhì)溶液2、甲烷燃料電池：ab電解質(zhì)溶液CH4O2①判斷正、負(fù)極？電解質(zhì)H2SO4

KOH

負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)總反應(yīng)3.固體燃料電池以熔融金屬氧化物為介質(zhì)，高溫下能傳導(dǎo)O2-電池總反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O寫出正、負(fù)極反應(yīng)：電池總反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O

寫出正、負(fù)極反應(yīng)：4.熔融鹽電池

以熔融碳酸鹽（K2CO3）為介質(zhì)，高溫下能傳導(dǎo)CO32-在工作過程中，電解質(zhì)熔融鹽的組成、濃度不變。總反應(yīng)：2CO+O2=2CO2

寫出正、負(fù)極反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2+O2

=2H2O寫出正、負(fù)極反應(yīng)：總反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O

寫出正、負(fù)極反應(yīng)：例2．如圖為一種微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，敘述正確的是()A．分子組成為Cm(H2O)n的物質(zhì)一定是糖類B．微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生還原反應(yīng)C．放電過程中，H＋從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)D．正極反應(yīng)式為MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2O微電池太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置原子能電池將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能通過熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置(1)堿性鋅錳電池、鉛酸蓄電池、鋰離子電池都屬于二次電池。(

)(2)二次電池充電時,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(

)(3)二次電池充電時發(fā)生的反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。(

)(4)某些導(dǎo)電非金屬單質(zhì)、某些導(dǎo)電金屬氧化物都可作原電池的電極。(

)(5)燃料電池工作時需要點燃條件才可發(fā)生。(

)(6)燃料電池的燃料可以是氫氣、烴、甲醇、氨等物質(zhì)。(

)(7)太陽能電池不屬于原電池。 ()(8)二次電池充電時，充電器的正極接二次電池的正極。 ()(9)鉛蓄電池放電時的負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)。 ()(10)Zn具有還原性和導(dǎo)電性，可用作鋅錳干電池的負(fù)極材料。()1．判斷正誤×××√√√√√√×2．在堿性鋅錳干電池中，氫氧化鉀為電解質(zhì)，發(fā)生的電池總反應(yīng)式為：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列關(guān)于該電池的電極反應(yīng)，正確的是(

)A．負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋B．負(fù)極反應(yīng)為Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋C．正極反應(yīng)為2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOHD．正極反應(yīng)為2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－D3．如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。敘述錯誤的是(

)A．a(chǎn)為電池的正極B．電池充電反應(yīng)為LiMn2O4=Li1－xMn2O4＋xLiC．放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化D．放電時，溶液中Li＋從b向a