第一節(jié)原電池第2課時（課件）高二化學(xué)（人教版2019選擇性必修1）

電極反應(yīng)式的書寫2化學(xué)電源種類1本節(jié)重難點化學(xué)電源廣泛的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)和科研中，那么：電池是工作原理是什么？如何產(chǎn)生電流的？銀鋅電池干電池鉛酸電池鎳氫電池燃料電池鋰電池市場上令人眼花繚亂的電池化學(xué)電池放電到一定程度，電能減弱，有的經(jīng)充電復(fù)原又可使用，這樣的電池叫蓄電池，(二次電池或可充電電池)有的不能充電復(fù)原，稱為原電池(一次電池或干電池)，還有通入燃料即可直接轉(zhuǎn)化成電能的稱之為燃料電池一次電池二次電池燃料電池燃料電池干電池鉛酸電池鋰電池普通鋅錳干電池化學(xué)電源剖析：一次電池一次電池是放電后不可充電的電池構(gòu)造示意圖鋅筒：____電極反應(yīng)：_______________石墨棒：____最終被還原的物質(zhì)：_________NH4Cl糊的作用：____________負極Zn－2e－===Zn2＋正極二氧化錳電解質(zhì)溶液Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)主要反應(yīng)單液電池普通鋅錳干電池曾一度長期占據(jù)市場，但現(xiàn)在卻逐漸被替代，為什么呢？原因1：會發(fā)生自放電原因2：電解質(zhì)氯化氨為酸性，會腐蝕電池的鋅筒且反應(yīng)有氫氣生成，易造成電池膨脹及漏液現(xiàn)象普通鋅錳干電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)Zn石墨棒NH4ClMnO2NH4ClZnCl2A化學(xué)電源剖析：一次電池一次電池是放電后不可充電的電池負極Zn－2e－+2OH－=Zn(OH)2正極電解質(zhì)溶液2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-鋅：____電極反應(yīng)：_________________________MnO2：____電極反應(yīng)：______________________________________KOH的作用：____________構(gòu)造示意圖堿性鋅錳電池主要反應(yīng)Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2特點：堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好，其比能量和可儲存時間均有所提高雙液電池堿性鋅錳干電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)金屬外殼銅針Zn粉KOHMnO2KOHA離子型導(dǎo)電隔膜化學(xué)電源剖析：一次電池堿性干電池增大了正負極間的相對面積，用高導(dǎo)電性的氫氧化鉀溶液替代了氯化銨、氯化鋅溶液，鋅變成粉末狀，同時采用反應(yīng)活性更高的二氧化錳粉堿性鋅錳干電池產(chǎn)生大電流和高電壓化學(xué)電源剖析：二次電池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)使用的電池鉛酸電池構(gòu)造示意圖負極電極反應(yīng)：_________________________________正極電極反應(yīng)：_________________________________總反應(yīng)：_________________________________放電過程的總反應(yīng)及電極反應(yīng)式PbO2+4H++SO42-+2e-

PbSO4+2H2OPb+SO42-

-2e-

PbSO4Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O鉛酸電池化學(xué)電源剖析：二次電池優(yōu)點：電壓穩(wěn)定，使用方便，安全可靠，價格低廉充電過程與上述過程相反鉛蓄電池的電極反應(yīng)物(Pb、PbO2)和放電后的產(chǎn)物(PbSO4)均以固體形式附著在電極材料表面，分析這樣設(shè)計的目的。目的：使電極反應(yīng)物和產(chǎn)物富集在電極材料表面，充、放電時可以循環(huán)轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)電池重復(fù)使用。PbPbSO4放電充電負極PbO2PbSO4放電充電正極廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì)，如果隨意丟棄，會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。因此，應(yīng)當重視廢舊電池的回收利用，這樣既可以減少環(huán)境污染，又可以節(jié)約資源。2022北京冬奧會的成功舉辦，不但給全世界留下了精彩紛呈的冰雪記憶，也創(chuàng)造了多項令人激動的世界“首次”。對于城市文化而言，北京市由此成為世界上的首座雙奧之城，而對于汽車行業(yè)來說，北京冬奧則成為世界奧林匹克歷史上，首次大規(guī)模應(yīng)用新能源車型(氫燃料電池車)

的一屆盛會。燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源化學(xué)電源剖析：燃料電池燃料電池特點2：電池內(nèi)部的電極材料和離子導(dǎo)體在工作過程中不發(fā)生改變，使燃料電池可以持續(xù)工作特點1：燃料和氧化劑連續(xù)的由外部供給，生成物不斷地被排出，可以連續(xù)不斷地提供電能燃料電池的特點示例分析：以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料化學(xué)電源剖析：燃料電池負極氫氧燃料電池工作原理示意圖正極H2

－2e-

＝2H+O2

＋2H+

＋2e-＝H2O12H2

＋O2＝H2O12總反應(yīng)H2O2電解質(zhì)溶液呈酸性(H2SO4)(吸附效果更好)(pH↓)(pH↑)(吸附效果更好)示例分析：以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料化學(xué)電源剖析：燃料電池負極氫氧燃料電池工作原理示意圖正極H2

－2e-

＋2OH-＝2H2OO2

＋H2O＋2e-＝2OH-12H2

＋O2＝H2O12總反應(yīng)H2O2電解質(zhì)溶液呈堿性(KOH)(pH↓)(pH↑)燃料電池具有廣闊的發(fā)展前景。除了氫氣，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體均可作燃料電池的燃料。燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率超過80％，遠高于轉(zhuǎn)化率僅30％多的火力發(fā)電，大大提高了能源的利用率。思考：酸性(堿性)條件下，甲烷、肼、甲醇、氨作為燃料時，負極的電極反應(yīng)式？

甲烷(CH4)肼(N2H4)甲醇(CH3OH)氨(NH3)(吸附效果更好)示例分析：以甲烷為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料化學(xué)電源剖析：燃料電池負極氫氧燃料電池工作原理示意圖正極CH4－8e-

＋2H2O＝CO2↑＋8H+總反應(yīng)O2(pH↓)(pH↑)電解質(zhì)溶液呈酸性(H2SO4)O2

＋4H+

＋4e-＝2H2OCH4＋2O2=CO2↑＋2H2O配平小技巧：用H+調(diào)電荷守恒CH4(吸附效果更好)示例分析：以甲烷為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料化學(xué)電源剖析：燃料電池氫氧燃料電池工作原理示意圖O2電解質(zhì)溶液呈堿性(KOH)負極正極總反應(yīng)(pH↓)(pH↑)配平小技巧：用OH-調(diào)電荷守恒CH4－8e-＋10OH-=CO32-＋7H2OCH4＋2O2＋2OH-=CO32-＋3H2OO2＋4e-＋2H2O=4OH-CH4肼(聯(lián)氨)—燃料電池堿性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為KOH溶液)正極O2＋4e-＋2H2O=4OH-負極酸性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為H2SO4溶液)正極O2＋4e-＋4H+=2H2O負極N2H4+O2=N2↑+2H2ON2H4+4OH-

－4e-=N2↑

+4H2ON2H4

－4e-=N2↑+4H+N2H4+O2=N2↑+2H2O2CH3OH＋3O2=2CO2↑＋4H2O甲醇—燃料電池堿性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為KOH溶液)正極CH3OH－6e-＋8OH-=CO32-＋6H2O2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2OO2＋4e-＋2H2O=4OH-負極酸性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為H2SO4溶液)正極CH3OH－6e-＋H2O=6H+＋CO2↑O2＋4e-＋4H+=2H2O負極氨—燃料電池堿性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為KOH溶液)正極O2＋4e-＋2H2O=4OH-負極2NH3+6OH-－6e-=N2+6H2O4NH3+3O2═2N2+6H2O氨氣為堿性氣體，易與酸反應(yīng)，故電解質(zhì)溶液應(yīng)呈堿性化學(xué)電源剖析：燃料電池示例分析：固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池采用固體氧化物為電解質(zhì)(ZrO2/Y2O3)。固體氧化物在高溫下具有傳遞O2-的能力，在電池中起傳遞O2-和分離燃料和氧化劑的作用?；瘜W(xué)電源剖析：燃料電池示例分析：固體氧化物燃料電池負極正極總反應(yīng)H2－2e-＋O2-=H2OO2＋4e-=2O2-H2

＋O2＝H2O12燃料為H2思考：當甲烷或乙烯作為燃料時，負極的電極反應(yīng)式？

固體氧化物燃料電池燃料為甲烷正極負極O2＋4e-=2O2-燃料為乙烯正極負極O2＋4e-=2O2-CH4－8e-＋4O2-=CO2＋2H2OC2H4－12e-＋6O2-=2CO2＋2H2O化學(xué)電源剖析：燃料電池示例分析：熔融碳酸燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構(gòu)成的燃料電池。其電解質(zhì)是熔融態(tài)碳酸鹽。負極正極總反應(yīng)H2+CO32--2e-=CO2+H2OO2+2CO2+4e-=2CO32-H2

＋O2＝H2O12燃料為H2DALUHUAXUEGOGNZUOSHI思考：當甲烷或丁烷作為燃料時，負極的電極反應(yīng)式？

熔融碳酸燃料電池燃料為甲烷正極負極燃料為丁烷正極負極O2+2CO2+4e-=2CO32-O2+2CO2+4e-=2CO32-CH4－8e-＋4CO32-=5CO2＋2H2OC4H10－26e-＋13CO32-=17CO2＋5H2O思考：寫出CO-O2-熔融碳酸燃料電池的電極反應(yīng)式？

正極負極O2＋4e-=2O2-CO－2e-＋CO32-=2CO2引領(lǐng)電池技術(shù)革新的薄型柔性電池柔性電池是一種可以彎曲和扭曲的電池。相比傳統(tǒng)的剛性電池，柔性電池在設(shè)計和使用上提供了更多的靈活性，可應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)傳感器、柔性顯示器和智能手表等。柔性電池的制作材料和技術(shù)各不相同，常見的包括鋰離子電池、固態(tài)電池、有機電池等。這些電池通常由薄膜材料構(gòu)成，可通過印刷、涂布、擠出等方法制造。1.某干電池的工作原理示意圖，總反應(yīng)：Zn＋2NH4+==Zn2+＋2NH3↑＋H2↑，下列說法正確的是(

)A．石墨為電池的負極B．電池工作時NH4+被氧化C．實現(xiàn)了電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化D．電子由Zn電極經(jīng)外電路流向石墨電極答案D解析根據(jù)電池反應(yīng)式知，Zn易失電子作負極，則石墨作正極，故A錯誤；放電時，NH＋4得電子發(fā)生還原反應(yīng)，被還原，故B錯誤；該裝置是原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故C錯誤；放電時，電子從負極Zn沿導(dǎo)線流向正極石墨，故D正確。2．質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理如圖所示，下列敘述正確的是(

)

A．通入氧氣的電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．通入氫氣的電極為正極C．導(dǎo)電離子為質(zhì)子，且在電池內(nèi)部由正極定向移動至負極D．正極的電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O答案D解析通入氧氣的電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故A錯誤；通入氫氣的電極是負極，負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故B錯誤；質(zhì)子移向正極，故C錯誤；正極的電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故D正確。3．一種熔融碳酸鹽燃料電池原理如圖所示。下列有關(guān)該電池的說法正確的是(

)A．反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移12mol電子B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋2OH-－2e-==2H2OC．電池工作時，CO32-向電極B移動D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e-==2CO32-答案D解析A項，CH4→CO，則該反應(yīng)中每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移6mol電子，錯誤；B項，該電池的傳導(dǎo)介質(zhì)為熔融的碳酸鹽，所以電極A即負極上H2參與的電極反應(yīng)為H2－2e-＋CO32-===CO2＋H2O，錯誤；C項，原電池工作時，陰離子移向負極，而電極B是正極，錯誤；D項，電極B即正極上O2參與的電極反應(yīng)為O2＋4e-＋2CO2===2CO32-，正確。4．我國科學(xué)家發(fā)明的一種可控鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是(

)A．電池工作時，電子的流向：鋰電極→導(dǎo)線→石墨電極B．水既是氧化劑又是溶劑，有機電解質(zhì)可用水溶液代替C．電池總反應(yīng)為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑D．該裝置不僅可提供電能，還可提供清潔燃料氫