【課件】化學電源課件高二化學人教版（2019）選擇性必修1

第一節(jié)

原電池第2課時

化學電源學習

目標1.了解一次電池、二次電池、燃料電池的構(gòu)造及電極反應(yīng)。2.能夠?qū)懗龀Ｒ姾唵坞姵氐碾姌O反應(yīng)?；瘜W與生活便于攜帶、易于維護內(nèi)阻小質(zhì)量小能量轉(zhuǎn)化效率高價格便宜、多次使用體積小供能穩(wěn)定、連續(xù)工作壽命長……理想的化學電源化學與生活化學電源1．概念化學電源一次電池二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛酸蓄電池氫氧燃料電池鋰離子電池銀鋅蓄電池普通鋅錳干電池鋅銀紐扣電池2．分類將化學能變成電能的裝置3．優(yōu)點(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)方便攜帶，易維護，可在各種環(huán)境下工作(1)比能量質(zhì)量好的電池：質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長4．判斷標準單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少單位：(W·h)/kg或(W·h)/L(2)比功率(3)電池的可儲存時間的長短單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的多少單位：W/kg或W/L化學電源1．構(gòu)造塑料密封圈＋－鋅粉和KOH的混合物MnO2金屬外殼堿性鋅錳干電池優(yōu)點：電流穩(wěn)定，放電容量大、時間長，不會漲氣或漏液缺點：只能一次使用，不能充電；價格較貴負極：Zn＋2OH－－2e－==

Zn(OH)2正極：2MnO2＋2H2O＋2e－==

2MnO(OH)＋2OH－總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O==

2MnO(OH)＋Zn(OH)22．工作原理堿性鋅錳干電池

1.微型銀-鋅電池可用作電子儀器的電源，其電極分別是Ag/Ag2O和Zn，電解質(zhì)為KOH溶液，電池總反應(yīng)為Ag2O＋Zn＋H2O==

2Ag＋Zn(OH)2，下列說法正確的是（）A.電池工作過程中，KOH溶液濃度降低B.電池工作過程中，電解液中OH－向正極遷移C.負極發(fā)生反應(yīng)Zn＋2OH－－2e－==Zn(OH)2D.正極發(fā)生反應(yīng)Ag2O＋2H＋＋2e－==2Ag＋H2OC學習反饋紐扣式鋅銀電池金屬外殼浸了KOH(aq)的隔板鋅負極Ag2O正極1．構(gòu)造鉛酸蓄電池(1)

負極：(4)放電過程中，負極質(zhì)量增大，電解質(zhì)溶液pH增大

2．工作原理(2)正極：放電反應(yīng)原理(3)

總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4

==

2PbSO4+2H2O鉛酸蓄電池(1)陰極：(4)充電時，正極與直流電源正極相連，負極與直流電源負極相連

(2)陽極：充電反應(yīng)原理(3)

總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O==Pb+PbO2+2H2SO4

Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)

放電

充電鉛酸蓄電池2．工作原理缺點：比能量低，笨重，

廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：可重復使用，電壓穩(wěn)定，

使用方便，安全可靠，價格低廉鉛酸蓄電池鋰離子電池資料卡片鋰離子電池具有質(zhì)量小、體積小、儲存和輸出能量大等特點，是多種便攜式電子設(shè)備和交通工具的常用電池。一種鋰離子電池，其負極材料為嵌鋰石墨，正極材料為鈷酸鋰，電解質(zhì)溶液為六氟磷酸鋰的碳酸酯溶液，反應(yīng)原理為：(1)

負極：LixCy－xe－==xLi+＋CyLi1-xCoO2＋

xLi+＋xe－

==LiCoO2(2)正極：(3)

總反應(yīng)：LixCy

＋Li1-xCoO2

==

LiCoO2＋Cy資料卡片鋰離子電池還可用于大型儲能電站，當它正式并網(wǎng)投入運營后，在用電低谷時充電，在用電高峰時放電，可以實現(xiàn)對電能的靈活調(diào)節(jié)和精確控制。鋰離子電池思考與討論電解水可以得到氫氣和氧氣，這是電能直接轉(zhuǎn)化為化學能的過程。按照能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點推測：氫氣與氧氣反應(yīng)由化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程也可能實現(xiàn)。這一過程到底能否實現(xiàn)呢？是怎樣發(fā)生的呢？1．構(gòu)造燃料電池酸性電解質(zhì)(H2SO4)堿性電解質(zhì)(KOH)負極反應(yīng)正極反應(yīng)總反應(yīng)(1)連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能(2)電極材料本身不參與氧化還原反應(yīng)(3)工作時燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地反應(yīng)，生成物不斷地被排出(4)能量轉(zhuǎn)化率高(＞80%)，排放廢物少2H2

－4e－

==4H+

O2+4H++4e－==2H2O2H2+4OH－－4e－==4H2OO2+2H2O+4e－

==4OH－2H2＋O2==2H2O2．工作原理3．電池特點燃料電池

2.根據(jù)甲醇在酸性電解質(zhì)溶液中與氧氣作用生成二氧化碳和水的反應(yīng)，設(shè)計一種燃料電池。該燃料電池工作時，負極上發(fā)生的反應(yīng)為（）A.CH3OH＋O2－2e－==H2O＋CO2＋2H＋B.O2＋4H＋＋4e－==2H2OC.CH3OH－6e－＋H2O==CO2↑＋6H＋D.4OH－－4e－==O2↑＋2H2OC學習反饋方法導引補項原則酸性介質(zhì)：缺氫補H＋

缺氧補H2O堿性介質(zhì)：缺氫補H2O缺氧補OH－電池在許多方面都有應(yīng)用，軍事、移動裝置、居民家庭、空間領(lǐng)域、運輸?shù)?。一顆鈕扣電池就能污染大約60萬升水，相當于一個人一生的用水量。廢舊電池的危害與處理一節(jié)1號電池爛在土壤中，能使1平方米的土地失去農(nóng)業(yè)利用價值。在1971年召開的國際環(huán)境會議上提出的對環(huán)境污染最嚴重的與電池污染相關(guān)的有三種即汞、鎘、鉛，這三種金屬廣泛存在于電池中，使用者丟棄后，電池在環(huán)境中自然腐蝕，大部分有害物質(zhì)以各種形態(tài)進入環(huán)境中，直接污染水資源，再通過食物鏈進入人體，危害著人們的健康生活。資料卡片迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來研制、開發(fā)和已投入使用的高性能、無污染電池。綠色電池種種資料卡片金屬氫化物鎳電池由于采用了稀土合金或TiNi合金儲氫材料作為負極活性物質(zhì)，取代了致癌物質(zhì)鎘，使其成為一種綠色環(huán)保電池。鋰離子蓄電池是由碳作負極，嵌鋰的金屬氧化物作正極和有機電解質(zhì)構(gòu)成，其工作電壓36伏，相當三個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來研制、開發(fā)和已投入使用的高性能、無污染電池。綠色電池種種資料卡片太陽能電池利用P—N結(jié)的光電效應(yīng)，把太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能，滿足用戶需要。這種發(fā)電具有無需燃料、無污染、無噪聲、運行簡單可靠、

減少維護、建設(shè)周期短等特點，已被空間和無常規(guī)能源的地域廣泛采用。歷史上第一個化學電源1789年，意大利生理學家伽法尼在一次解剖青蛙時，把鐵鉤鉤著的青蛙腿掛在陽臺的鐵欄桿上，偶然發(fā)現(xiàn)蛙腿每次接觸鐵欄桿就會抽搐一次。經(jīng)過研究，伽法尼認為這種肌肉收縮作用是“動物電”引起的。科學史話歷史上第一個化學電源1799年，伏打研制了能維持一定電流的電堆。這種電堆能為科研、生產(chǎn)提供穩(wěn)恒電流，使電能成為人們認識、改造自然的銳利武器。1807年英國化學家戴維利用伏打電堆電解制得鉀和鈉，后來又陸續(xù)制得了鎂、鈣、鍶、鋇等。伏打電堆的發(fā)明，促進了新元素的發(fā)現(xiàn)、研究及電學的進一步發(fā)展，也為電化學的創(chuàng)建開辟了道路?？茖W史話1.現(xiàn)在各類堿性電池已經(jīng)占有了越來越多的市場份額，這類電池廣泛的應(yīng)用于各種小型用電器(如照相機、收音機等)中。有一種新型的鋅錳電池就是這種堿性電池，它是在傳統(tǒng)鋅錳電池的基礎(chǔ)上改進的。下列對于堿性鋅錳電池的敘述中不正確的是（

）A．堿性鋅錳電池工作時，電子由鋅極經(jīng)外電路流向碳極B．這種電池較傳統(tǒng)鋅錳電池（即干電池）使用壽命長C．堿性鋅錳電池可以實現(xiàn)化學能向電能的轉(zhuǎn)化和電能向化學能的轉(zhuǎn)化D．這種電池的電解質(zhì)由傳統(tǒng)的NH4Cl換成濕的KOHC習題鞏固

B

習題鞏固3.如圖為一種微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，關(guān)于該電池敘述正確的是()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)移向負極區(qū)D．正極反應(yīng)式：MnO2＋4H＋＋2e－

==Mn2＋＋2H2OD分子組成為Cm(H2O)n的物質(zhì)不一定是糖類，例如乙酸(C2H4O2)，A錯誤；微生物放電時，Cm(H2O)n中碳元素化合價升高失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，微生物所在的區(qū)域為負極區(qū)，B錯誤；原電池中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，C錯誤；正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：MnO2＋4H＋＋2e－

==Mn2＋＋2H2O，D正確。習題鞏固4.最新研制出的以NaOH溶液為電解液的鋅-空氣電池具有零污染、高能量及材料可再生等優(yōu)點，因而被專家們認為是電動汽車的理想動力電源。下列說法中正確的是（）

CZn原料空氣入口空氣出口

習題鞏固5.“ZEBRA”蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關(guān)于該電池的敘述錯誤的是(