4.1.2化學(xué)電源高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第一節(jié)原電池

第2課時化學(xué)電源

1、應(yīng)用原電池的構(gòu)成要素和工作原理認(rèn)識酸性干電池和堿性干電池的工作原理，并學(xué)會復(fù)雜電極反方程式書寫的方法；同時體會化學(xué)反應(yīng)原理知識在電池設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。能從物質(zhì)變化和能量變化的角評價電池的優(yōu)劣，增強(qiáng)社會責(zé)任意識。2、通應(yīng)用原電池的構(gòu)成要素和工作原理認(rèn)識鉛酸蓄電池的工作原理，并體會二次電池的特點(diǎn)。3、在認(rèn)識鋰電池發(fā)展史、思考如何不斷改進(jìn)鋰電池的過程中，鞏固與提升對原電池原理知識和化學(xué)反應(yīng)原理知識的認(rèn)識，感受科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步對社會生活的巨大作用，感受科學(xué)家在科技創(chuàng)新中的重要作用，發(fā)展創(chuàng)新意識。素養(yǎng)目標(biāo)1、常見化學(xué)電池的工作原理和不同類型化學(xué)電源的特點(diǎn)；2、復(fù)雜電極反應(yīng)方程式書寫的方法。復(fù)雜電極反應(yīng)方程式書寫的方法。教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)情境引入“鯤龍”AG600是我國自主研制的大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機(jī)。飛機(jī)上的多種設(shè)備都需要用到電源提供動力，常用的化學(xué)電源有哪些?它們的反應(yīng)原理又是怎樣的呢?思考與討論生活中電池干電池紐扣電池一次電池鉛酸蓄電池鋰離子電池二次電池燃料電池燃料電池將

變成

的裝置。廣泛應(yīng)用于移動電話、照相機(jī)、計(jì)算器、遙控器、汽車、衛(wèi)星等。1.概念:

2.優(yōu)點(diǎn):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③方便攜帶，易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作化學(xué)能電能新知學(xué)習(xí)一、化學(xué)電源3.電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)①比能量［單位：(w·h/kg)，(w·h/L)］指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[單位：（W/kg，W/L)]指電池單位質(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，更易滿足使用者需求。新知學(xué)習(xí)化學(xué)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等鋰離子電池鎳氫電池普通鋅錳干電池銀鋅紐扣電池4.化學(xué)電池的分類新知學(xué)習(xí)鋰電池鎳鎘電池放電后不可再充電的電池。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。

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。是一種連續(xù)的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。

1.堿性鋅錳電池負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-氫氧化氧錳正極:

;負(fù)極：

;電解質(zhì):

。MnO2Zn粉KOH總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O

=2MnO(OH)+

Zn(OH)2優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電，廣泛應(yīng)用于手電筒，鐘表，計(jì)算器等。缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴新知學(xué)習(xí)二、一次電池2.銀鋅（紐扣）電池正極:

;負(fù)極：

;電解質(zhì)溶液:

。Zn－2e-＋2OH－＝Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2KOH溶液Ag2OZn負(fù)極:正極:總反應(yīng)式:

優(yōu)點(diǎn)：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(jì)算器和其他微型電子儀器。知識拓展鋰8Li－8e－===8Li＋3SOCl2＋8e－===2S＋SO3

2-

＋6Cl－必須在無水、無氧的條件下組裝鋰金屬電池，原因是構(gòu)成電池的兩個主要成份Li能和氧氣水反應(yīng)，且SOCl2也與水反應(yīng)，可用于心臟起搏器。3、鋰電池（無水環(huán)境）知識拓展正極:

;負(fù)極：

;電解質(zhì)溶液:

。負(fù)極:正極:總反應(yīng)式:

MnO2LiAlCl4－SOCl28Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S新知學(xué)習(xí)三、二次電池1.鉛酸蓄電池Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)

放電

充電充電：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能陰極:PbSO4(s)+2e－=Pb(s)+SO42－(aq)

陽極:PbSO4(s)-2e－＋2H2O(l)=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42－(aq)

優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉。缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境鉛酸蓄電池的電極反應(yīng)物和放電后的產(chǎn)物，均以固體的形式附著在電極材料表面，充、放電時可以互相轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電池的重復(fù)使用。知識拓展2.鎳鎘電池2NiO(OH)+2H2O+Cd2Ni(OH)2+Cd(OH)2

放電

充電正極:

;負(fù)極：

;電解質(zhì)溶液:

。CdNiO(OH)KOH1、放電：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能負(fù)極：Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O===2Ni(OH)2+2OH-2、充電：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能陰極：Cd(OH)2+2e-===Cd+2OH-

陽極：2Ni(OH)2+2OH--2e-===2NiO(OH)+2H2O

特點(diǎn)：體積小，便于攜帶?？芍貜?fù)使用500次以上。壽命比鉛蓄電池長。用途：廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、電動剃須刀等。資料卡片3、鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量小、體積小、儲存和輸出能量大，沒有記憶效應(yīng)。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電。使用壽命長。不含有毒有害物質(zhì)，被稱為綠色電池。缺點(diǎn)：價格較昂貴。用途：廣泛用于多種便攜式電子設(shè)備（如智能手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等）和交通工具（如電動汽車、電動自行車等）的常用電池。新一代可充電的綠色電池銅集流板鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液鋁集流板LixCyLiCoO2資料卡片

電解質(zhì)溶液：六氟磷酸鋰（LiPF6）的碳酸酯溶液（無水）負(fù)極:嵌鋰層狀石墨正極：鈷酸鋰電池總反應(yīng)：LixCy+Li1-xCoO2=LiCoO2+Cy放電：Li+由石墨中脫嵌移向正極，嵌入LiCoO2晶體負(fù)極：LixCy-xe-=xLi++Cy正極：Li1-xCoO2+xLi++xe-

=LiCoO2資料卡片充電:Li+從LiCoO2晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中陽極：LiCoO2－xe－=xLi++Li1－xCoO2陰極：Cy+xe－+xLi+=LixCy在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極之間，完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。放電充電Li1－xCoO2+LixCyLiCoO2+Cy總反應(yīng)：LiCoO2+Cy=Li1－xCoO2+LixCy鋰離子電池還可用于大型儲能電站、當(dāng)它正式并網(wǎng)投入運(yùn)營后，在用電低谷時充電，在用電高峰時放電，可以實(shí)現(xiàn)對電能的靈活調(diào)節(jié)和精確控制。愛迪生電池(鐵鎳蓄電池)：

Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2

二次電池的充放電規(guī)律(1)充電的目的是使電池恢復(fù)其供電能力，因此負(fù)極應(yīng)與電源的負(fù)極相連以獲得電子，可簡記為負(fù)接負(fù)后作陰極，正接正后作陽極。(2)同一電極上的電極反應(yīng)式，在充電與放電時，形式上恰好是相反的；同一電極周圍的溶液，充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。整理與提升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(dāng)重視廢舊電池的回收和利用，這樣既可以減少環(huán)境污染，又可以節(jié)約資源。4、廢舊電池的回收利用

新知學(xué)習(xí)燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。2.兩極材料：惰性材料（Pt），只具導(dǎo)電性。1.反應(yīng)物不儲存在電池內(nèi)部，外加提供燃料和氧化劑。3.兩極判斷：

通入燃料氣的一極

通入O2或空氣的一極4.優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換率高(超過80%)；污染小；綠色發(fā)電站負(fù)極正極四、燃料電池新知學(xué)習(xí)（一）氫氧燃料電池：負(fù)極：2H2+4OH--4e-＝4H2O

正極：

O2+4e-+

2H2O

＝4OH-

總反應(yīng)式:

2H2+O2＝2H2O2、

(-)H2|OH-|O2(+)堿性介質(zhì)

1、(-)H2|H+|O2(+)

酸性介質(zhì)

負(fù)極：2H2-4e-＝4H+

正極：O2+4e-+4H+＝2H2O總反應(yīng)式:

2H2+O2＝2H2O新知學(xué)習(xí)知識拓展3、

(-)H2|O2-|O2(+)固體氧化鋯—氧化釔介質(zhì)

正極-:2H2-4e-+2O2-=2H2O+:O2+4e-=2O2-總：2H2+O2=2H2O負(fù)極負(fù)極正極4、

(-)H2|CO32-|O2(+)固體碳酸鹽介質(zhì)

-:2H2-4e-+2CO32-=2CO2+2H2O+:O2+4e-+2CO2=2CO32-總：2H2+O2=2H2O氫氧燃料電池在四種常見介質(zhì)中的電極反應(yīng)總結(jié)整理與提升（二）甲烷燃料電池：知識拓展1、(-)CH4|H+|O2(+)

酸性介質(zhì)

負(fù)極：CH4＋2H2O－8e－====＋

8H+正極：2O2＋

8H+＋8e－====4H2O總反應(yīng)：CH4＋2O2====CO2＋2H2O2、

(-)CH4

|OH-|O2(+)堿性介質(zhì)

負(fù)極：CH4＋10OH－－8e－====CO32－＋7H2O正極：2O2＋4H2O＋8e－====8OH－總反應(yīng)：CH4＋2O2＋2KOH====K2CO3＋3H2O

（三）

甲醇燃料電池（電解質(zhì):KOH）

正極:3O2+6H2O+12e-===12OH-

負(fù)極:2CH3OH+16OH--12e-===2CO32-+12H2O

總反應(yīng):2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O

（四）

肼（N2H4）燃料電池（電解質(zhì):KOH）

正極:O2+2H2O+4e-===4OH-

負(fù)極:N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O

總反應(yīng):N2H4+O2===N2+2H2O知識拓展課堂小結(jié)1．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，總反應(yīng)式為Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列說法中不正確的是()A．工