資源簡介

(共31張PPT)
第2課時　化學電源
第一節　原電池
第四章　化學反應與電能
素養目標
重點難點
課標要求 核心素養
1．了解化學電源的種類及工作原理，知道化學電源在生產、生活和國防中的實際應用； 2．掌握一次電池、二次電池、燃料電池的反應原理，會書寫電極反應式； 3．了解新型電池的工作原理。 1．通過對常見化學電池的分析，培養證據推理與模型認知的能力。
2．通過認識新型化學電源的作用及廢舊電池對環境的危害，形成科學態度與社會責任意識。
電池反應的方程式和電極反應式的書寫
鉛蓄電池
干電池
紐扣電池
鋰離子電池
燃料電池
鋰離子電池
太陽能電池
生活中電池
將 變成 的裝置。廣泛應用于移動電話、照相機、計算器、遙控器、汽車、衛星等。
1.概念:
2.優點:
①能量轉換效率高，供能穩定可靠
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，可在各種環境下工作。
一、化學電池
化學能
電能
3.電池優劣的判斷標準:
① 比能量
［單位：(w·h/kg)，(w·h/L)］
指電池單位質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
除特殊情況外，質量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，更易滿足使用者需求。
化學電池
一次電池
二次電池
燃料電池
堿性鋅錳電池
鉛蓄電池
氫氧燃料電池等
鋰離子電池
鎳氫電池
普通鋅錳干電池
鋅銀紐扣電池
4. 化學電池的分類
廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質。隨意丟棄廢電池會對環境造成嚴重的污染。
上世紀50年代，震驚世界的日本“水俁病”就是因汞中毒引起的。
5、廢電池對環境的危害
8
減少污染
節約資源
廢舊電池處理
放電后不可再充電的電池。一次電池的電解質溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。
常見一次電池有普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、紐扣式銀鋅電池等。
二、一次電池（干電池）
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn(NH3)22++2MnO(OH)
負極：
優點：制作簡單、價格便宜。
缺點：放電時間短，電壓下降快。
1. 普通（酸性）鋅錳干電池
作正極， 作電解質溶液， 作負極
石墨棒
氯化銨糊
鋅筒
Zn - 2e-+2NH4+= Zn(NH3)22++2H+
正極：
2MnO2 + 2H+ + 2e- = 2MnO(OH)
總反應：
2.堿性鋅錳電池
負極：
Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2
正極：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-
氫氧化氧錳
正極: ; 負極： ; 電解質: 。
MnO2
Zn粉
KOH
總反應：
Zn+2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
優點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流和連續放電
缺點：多數只能一次使用，不能充電；價格較貴
【練1】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點,因而得到廣泛應用.鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液,電池總反應式為：
Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) =Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)
下列說法錯誤的是………( )
A.電池工作時,鋅失去電子
B.電池正極電極反應為：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.電池工作時,電子由正極通過外電路流向負極
D.外電路每通過0.2mole-, 理論上減小鋅的質量6.5g
C
放電后可以再充電使活性物質獲得再生的電池。這種充電電池屬于二次電池，也叫充電電池或蓄電池。常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車上使用的大多是鉛蓄電池。
三、二次電池（蓄電池）
可重復使用、電壓穩定、使用方便、安全可靠、價格低廉。
鉛酸電池由兩組柵狀電極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2,負極板上覆蓋有Pb，電解質溶液為H2SO4溶液。
1.鉛酸蓄電池
構造：
鉛蓄電池的構造
缺點：
優點：
比能量低、笨重、廢棄電池污染環境
：(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+)
總反應：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb -2e- + SO42- =PbSO4
正極：
PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O
氧化反應
還原反應
負極：
(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+)
【練2】關于鉛蓄電池放電時的說法正確的（ ）
A．電池的負極材料是鉛板
B．正極發生的反應是 Pb +SO42--2e-= PbSO4
C．電池中硫酸的濃度不發生變化
D．負極質量減少、正極質量增加
A
四、燃料電池
①燃料電池是一種連續地將燃料和氧化劑的化學能轉化為電能的化學電源。
③兩極材料：惰性材料（Pt），只具導電性。
②反應物不儲存在電池內部，外加提供燃料和氧化劑。
④兩極判斷：通入燃料氣的一極
通入O2或空氣的一極
⑤導電介質：可以是電解質溶液，也可以是新型的導離子介質。
⑥優點：能量轉換率高；污染小。
負極
正極
1、氫氧燃料電池：
負極：2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O
正極： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH-
總反應式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
② (-)H2 | OH- | O2(+) 堿性介質
① (-)H2 | H+ | O2(+) 酸性介質
負極：2H2 - 4e- ＝ 4H+
正極：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
總反應式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
固體燃料電池
介質 電池反應： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
負極
正極
負極
正極
氫氧燃料電池在四種常見介質中的電極反應總結
2.書寫步驟
①析價態，定正負 ②列物質 ③標得失 ④看環境，配守恒
電極反應式的書寫方法
方法指導
補項原則：酸性介質（缺H補H+，缺O補H2O）；
堿性介質（缺H補H2O，缺O補OH-）；
熔融氧化物使用O2-；熔融碳酸鹽使用CO32-。
1.書寫原則：
①質量守恒+電荷守恒+電子守恒
②弱電解質、氣體、難溶物均寫化學式，其余用離子符號
3.復雜電極反應式書寫
復雜電極反應式=總反應式—較簡單一極電極式
負極： CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O
正極： 2O2＋4H2O＋8e－ = 8OH－
總反應式： CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O
① H2SO4溶液：
2、甲烷燃料電池
用導線連接兩個鉑電極插入電解質溶液中，向兩極分別通入CH4和O2。
負極：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+
正極： 2O2＋8H＋＋8e－ = 4H2O
總反應式： CH4+2O2 = CO2+2H2O
② KOH溶液：
3.甲醇燃料電池/KOH
4.肼（N2H4）燃料電池/KOH
正極: 3O2+6H2O+12e- === 12OH-
負極: 2CH3OH+16OH--12e- === 2CO32- +12H2O
總反應: 2CH3OH+3O2+4OH- === 2CO32-+6H2O
正極: O2+2H2O+4e- === 4OH-
負極: N2H4+4OH--4e- === N2+4H2O
總反應: N2H4+O2 === N2+2H2O
知識總結
1.如圖是鉛蓄電池構造示意圖，下列說法不正確的是（　 　）
A．鉛蓄電池屬于二次電池，充電時電能轉化為化學能
B．電池工作時，電子由Pb板通過導線流向PbO2板
C．電池工作時，負極反應為：Pb-2e- +SO42-═PbSO4
D．電池工作時，H+移向Pb板
D
2.下列說法錯誤的是（ ）
A.化學電池是將化學能轉化為電能的裝置
B.化學電池中電解質溶液的作用是傳遞電子
C.堿性鋅錳電池以鋅作負極，KOH為電解質
D.鉛蓄電他是一種二次電池，以PbO2作正極
B
3.利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。則下列說法正確的是（ ）
①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole-
②負極上CH4失去電子，電極反應式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O
③負極上是O2獲得電子，電極反應式為 O2+2H2O+4e-=4OH-
④電池放電后，溶液pH不斷升高
A．①② B．①③ C．①④ D．③④
A
4.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結構示意圖如圖所示。關于該電池的敘述不正確的是(　　)
A．該電池能夠在高溫下工作
B．電池的負極反應為：
C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+
C．放電過程中，H+從負極區向正極區遷移
D．在電池反應中，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標準狀況下CO2氣體22.4 L
A
5.“重油—氧氣—熔融碳酸鈉”燃料電池裝置如圖所示。下列說法錯誤的是（ ）
A.O2在b極得電子，最終被還原為CO32-
B.放電過程中，電子由電極a經導線流向電極b
C.該電池工作時，CO32-經“交換膜2”移向b極
D.H2參與的電極反應為：H2-2e-+CO32- = H2O+CO2
C
6.電化學氣敏傳感器可用于檢測環境中NH3的含量，其工作原理示意圖如下。下列說法不正確的是（ ）
A. 工作時，溶液中OH-向電極a移動
B. a極的電極反應式為2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
C.反應消耗的NH3與O2的物質的量之比為4：5
D. O2在電極b上發生還原反應
C
7.高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通電池相比，該電池能較長時間保持穩定的放電電壓．高鐵電池的總反應為：
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH．請回答下列問題：
（1）高鐵電池的負極材料是 ，放電時負極的電極反應式為
。
（2）放電時，正極發生 ______ （填“氧化”或“還原”）反應；正極的電極反應式為 ．
放電時， ______ （填“正”或“負”）極附近溶液的堿性增強．

放電
充電
7.高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通電池相比，該電池能較長時間保持穩定的放電電壓．高鐵電池的總反應為：
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH．請回答下列問題：
（1）高鐵電池的負極材料是Zn，
放電時負極的電極反應式為 Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2。
（2）放電時，正極發生 還原反應；
正極的電極反應式為 FeO42-+ 3e-+ 4H2O =Fe(OH)3+5OH- ．
放電時， 正極附近溶液的堿性增強．

放電
充電

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