4.1課時(shí)2化學(xué)電源課件高二化學(xué)人教版選擇性必修1

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)

原電池

課時(shí)21.了解常見的化學(xué)電源，能運(yùn)用原電池思維模型分析其工作原理，能用電極反應(yīng)表示其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)；2.了解廢舊電池對環(huán)境的危害；3.了解化學(xué)電源的發(fā)展史，能列舉常見的化學(xué)電源。

根據(jù)原電池原理，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的種類繁多的化學(xué)電源在生活、生產(chǎn)和科研中得到了廣泛的應(yīng)用?；瘜W(xué)電源有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？①能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。②可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。③易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。

煤氣灶一般使用一號電池，而遙控器常用七號電池，市面上很多不同型號、不同款式的電池，怎樣選擇優(yōu)質(zhì)電池呢？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?、垭姵氐目蓛Υ鏁r(shí)間的長短［單位：(w·h/kg)，(w·h/L)］［單位：（W/kg，W/L)］除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小、輸出功率大、儲存時(shí)間長的電池，更易滿足使用者要求。一、化學(xué)電源1.一次電池放電后不可再充電的電池，也叫干電池。堿性鋅錳電池的構(gòu)造示意圖(1)組成:正極:

;負(fù)極:

;電解質(zhì):

。

(2)工作原理:負(fù)極反應(yīng):

;

正極反應(yīng):

;

總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。MnO2ZnKOHZn+2OH--2e-==Zn(OH)22MnO2+2e-+2H2O==2MnO(OH)+2OH-堿性鋅錳電池(1)組成:正極:

;負(fù)極:

;電解質(zhì):

。

PbO2

PbH2SO42.二次電池放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池，又稱可充電電池或蓄電池。(2)工作機(jī)制化學(xué)能電能放電充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系：鉛酸蓄電池優(yōu)點(diǎn)：電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境。——用于電動(dòng)自行車、汽車、發(fā)電站等。充電(3)工作原理:鉛酸蓄電池是最常見的二次電池,其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個(gè)過程。①放電過程的電極反應(yīng)、總反應(yīng):負(fù)極:

;

正極:

;

總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。②充電過程的電極反應(yīng)、總反應(yīng):陰極:

(還原反應(yīng));

陽極:

(氧化反應(yīng));

總反應(yīng):2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4。[思考]鉛酸蓄電池在放電一段時(shí)間后,正極、負(fù)極的質(zhì)量將如何變化?鉛酸蓄電池放電時(shí),正極部分PbO2變?yōu)镻bSO4,質(zhì)量變大;負(fù)極部分Pb變?yōu)镻bSO4,質(zhì)量也變大。③充電時(shí)電極反應(yīng)式與放電時(shí)電極反應(yīng)式相反,所以可以把上述反應(yīng)寫成一個(gè)可逆反應(yīng)式：負(fù)極：

；正極：

?？偡磻?yīng)表示為：__________________________。

用途：便攜式電子設(shè)備(智能手機(jī)、筆記本電腦等)、交通工具(電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車等)和大型儲能電站LixCy-xe-=xLi++CyLi1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2負(fù)極:Li(嵌鋰石墨),正極：LiCoO2(鈷酸鋰);電解質(zhì)溶液為LiPF6(六氟磷酸鋰)的碳酸酯溶液（無水）LixCy+Li1-xCoO2=LiCoO2+Cy優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量小、體積小、儲存和輸出能量大鋰電池1.危害:廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì),如隨意丟棄,會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。[廢舊電池的危害與處理]2.處理方法:回收處理。3.燃料電池電池的電極本身不包含活性物質(zhì),只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。工作時(shí),燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給,在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng),生成物不斷地被排除,于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。有清潔、能量轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)?？晒┻x擇的燃料很多，如:氫氣、烴類、肼、甲醇、氨、煤氣等液態(tài)或氣態(tài)的燃料。一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。正極:

O2+4H++4e-＝2H2O;正極:

O2+2H2O＋4e-＝4OH-;負(fù)極:

2H2+4OH-

－4e-＝4H2O負(fù)極:2H2-4e-＝4H+總(電池)反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O②堿性條件下工作原理：總(電池)反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O①酸性條件下工作原理：氫氧燃料電池——一種高效低污染的新型電池介質(zhì)電池反應(yīng)：2H2+O2=2H2O負(fù)極正極負(fù)極

正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O③固體燃料電池[思考]Ⅰ.原電池的電極材料都必須是金屬嗎?正極、負(fù)極材料可以是同一種導(dǎo)電物質(zhì)嗎?原電池的電極材料可以是兩種活動(dòng)性不同的金屬,也可以是一種金屬與一種可導(dǎo)電的惰性材料(如石墨)。在燃料電池中,電極本身均不發(fā)生反應(yīng),故兩極均可用惰性材料,如Pt電極。Ⅱ.燃料電池的兩電極反應(yīng)有何特點(diǎn)?兩個(gè)電極均為惰性電極,本身不參與反應(yīng)。在反應(yīng)中燃料一般表現(xiàn)為失去電子,通入負(fù)極。常用的氧化劑是氧氣,在反應(yīng)中表現(xiàn)為得到電子,通入正極。

[燃料電池的規(guī)律]①燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極②電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。③能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源。燃料電池與前幾種電池的差別：①氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；②反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出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(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(

)3.二次電池充電時(shí)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(shí)需要點(diǎn)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)。(

)[練一練]

判斷正誤其他燃料電池

在燃料電池中,電解質(zhì)溶液參與電極反應(yīng),電解質(zhì)酸堿性的改變,會引起電極反應(yīng)的變化,但不影響燃料及O2的性質(zhì)。

電極反應(yīng)在遵守質(zhì)量守恒定律、電荷守恒、電子得失守恒的同時(shí),還要特別考慮電解質(zhì)溶液是否參與反應(yīng)。(1)甲烷燃料電池（電解質(zhì):KOH）正極（通O2）：負(fù)極（通CH4）：總反應(yīng)：2O2+4H2O+8e－===8OH－CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O(2)甲醇燃料電池（電解質(zhì)：KOH）正極：負(fù)極：總反應(yīng)：3O2+6H2O+12e－===12OH－(3)肼燃料電池（電解質(zhì)：KOH）正極：負(fù)極：總反應(yīng)：O2+2H2O+4e－===4OH－(4)熔融鹽燃料電池熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率,因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負(fù)極反應(yīng)物,空氣與CO2的混合氣為正極反應(yīng)物,制得在650℃下工作的燃料電池。有關(guān)的電池反應(yīng)式為:正極：負(fù)極：總反應(yīng)：2CO+O2===2CO2二、書寫燃料電池電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式[書寫步驟]1.寫出燃燒反應(yīng)的化學(xué)方程式；2.根據(jù)電解液改寫燃料電池總反應(yīng)；3.寫出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡單);4.由燃料電池總反應(yīng)式減去正極的電極反應(yīng)式得到負(fù)極的電極反應(yīng)式。[注意事項(xiàng)]1．電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的所有規(guī)則；2．將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；3．負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)(如＋4價(jià)的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32-形式存在)；4．溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它與H＋結(jié)合成H2O、在堿性或中性溶液中它與水結(jié)合成OH-。1.下列幾種化學(xué)電池中,不屬于可充電電池的是(

)A.堿性鋅錳電池B.手機(jī)用鋰離子電池C.汽車用鉛酸蓄電池D.玩具用鎳氫電池A[練一練]2.在堿性鋅錳電池中,已知?dú)溲趸洖殡娊赓|(zhì),發(fā)生的電池總反應(yīng)為Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有關(guān)該電池的電極反應(yīng)式的書寫正確的是(

)A.負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+B.負(fù)極反應(yīng)式為Zn+2H2O-2e-=Zn(OH)2+2H+C.正極反應(yīng)式為2MnO2+2H+