資源簡介

(共50張PPT)
趙健
新人教版 化學 選擇性必修1
化學反應原理
同學們好
歡迎來到化學課堂
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請你回憶！
回憶原電池由單液到雙液的演變過程
名稱 單液原電池 雙液原電池 隔膜原電池
優(yōu)點
缺點
電流強
1.能量轉(zhuǎn)化率低
2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短
1.內(nèi)阻大，電流弱
2.鹽橋需要定期更換
1.能量轉(zhuǎn)化率高
2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長
1.能量轉(zhuǎn)化率高
2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長
3.內(nèi)阻小，電流強
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生活中膜電池
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請你思考！
從原電池的發(fā)展過程你得到什么啟示？
課本P75頁
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電池的發(fā)展史
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結(jié)構(gòu)簡單
一次電池
反復使用
二次電池
連續(xù)工作
燃料電池
新型電池
負極 LixCy
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電池的發(fā)展史
第一節(jié)
原電池
第四章 化學反應與電能
趙健
第2課時 化學電源
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電池的發(fā)展史
結(jié)構(gòu)簡單的一次電池
01 一次電池
趙健
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一次電池
一次電池是放電后不可充電的電池
電解質(zhì)溶液制成不流動膠狀也叫干電池
普通鋅錳干電池
堿性鋅錳干電池
鋅銀電池—紐扣電池
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普通鋅錳干電池
電極反應活性物質(zhì) 負極：Zn 正極：MnO2
電極材料 負極：Zn 正極：石墨棒
離子導體 NH4Cl和ZnCl2混合物
主要反應為：
Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
正極：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)
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普通鋅錳干電池
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。
缺點：會發(fā)生自放電,
不同時間后的普通鋅錳干電池.
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堿性鋅錳干電池
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已知該電池總反應為：
Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2
資料
根據(jù)示意圖和資料：
1.分析各部分的作用，
畫出工作原理示意圖；
2.寫出電極反應式。
0
+4
+3
+2
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堿性鋅錳干電池
寫出電極反應式
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堿性鋅錳干電池
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容量高，能大電流連續(xù)放電。還具有優(yōu)良的低溫性能、儲存性能和防漏性能。
電極反應 還原劑：Zn粉
氧化劑 ：MnO2
電極材料 負極：銅針
正極：金屬外殼
離子導體 KOH、離子型導電隔膜
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堿性鋅錳干電池
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容量高，能大電流連續(xù)放電。還具有優(yōu)良的低溫性能、儲存性能和防漏性能。
電極反應式
正極：2MnO2 + 2e- + 2H2O 2MnO(OH) + 2OH-
負極：Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2
總反應：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2
0
+4
+3
+2
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鋅銀電池—紐扣電池
紐扣式銀鋅電池的總反應式為：Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2
電解質(zhì)液為KOH溶液， 請寫出的電極反應式。
正極反應式
負極反應式
Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2
Ag2O＋2e－＋H2O＝2Ag ＋2OH－
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練習
鋰亞硫酰氯(Li/SOCl2)電池
Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應可表示為8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
①負極材料為____，電極反應為_________________。
②正極的電極反應為_______________________________。
鋰
8Li－8e－===8Li＋
3SOCl2＋8e－===2S＋ ＋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，且SOCl2也與水反應。
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請你思考！
一次電池存在什么問題？如何改進？
電壓隨著使用時間延長而下降
因為這種電池能充電，可以反復使用，所以稱它為“蓄電池”，也即二次電池。
當電池使用一段使電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回升。
趙健
02 二次電池
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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使用的電池。
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鉛蓄電池
鉛蓄電池的總反應式為：Pb＋PbO2＋H2SO4＝2PbSO4＋2H2O
電解質(zhì)液為H2SO4溶液， 請寫出的電極反應式。
負極: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4
正極: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O
氧化反應
還原反應
Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O
放電
充電
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鎳氫電池
圓柱可充鎳氫電池
方形可充鎳氫電池
能量密度高；無鎘污染，是一種綠色電池；可大電流快速充放電；電池工作電壓為1.2V；在小型便攜電子器件、電動工具、電動車輛和混合動力車上逐步得到應用。
H2 + 2NiOOH 2Ni(OH)2
放電
充電
總反應：
電解質(zhì)液為KOH溶液， 請寫出的電極反應式。
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鎳氫電池
H2 + 2NiOOH 2Ni(OH)2
放電
充電
總反應：
電解質(zhì)液為KOH溶液， 請寫出的電極反應式。
正極：
負極：
放電
陽極：
陰極：
充電
H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O
2NiOOH +2 e- + 2H2O = 2Ni(OH)2 +2 OH-
2H2O +2 e- = H2 + 2OH-
2 Ni(OH)2 －2 e- + 2OH-= 2NiOOH +2 H2O
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鋰電池
負極：Li - e- = Li+
正極：MnO2 + e- = MnO2-
總反應式：Li + MnO2 = LiMnO2
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鋰電池的發(fā)展
資料
TiS2是一種微觀上具有層狀結(jié)構(gòu)的固體材料。充、放電時，Ti元素的化合價發(fā)生變化，層狀結(jié)構(gòu)所帶電荷量發(fā)生改變，鋰離子會因此從其中脫出或嵌入。
TiS2
Li+
2019諾貝爾化學獎得主
斯坦利·惠廷厄姆在1976年提出了第一個嵌入脫出型的正極材料TiS2，這幾乎標志著從早期的Li—MnO2一次電池到現(xiàn)代二次鋰電池的轉(zhuǎn)變。
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鋰電池的發(fā)展
放電總反應： Li + TiS2 = LixTiS2
Li
固體TiS2
隔膜
含Li+的
電解質(zhì)溶液
：Li+
：e-
負極：x Li – x e- = x Li+
正極：TiS2 + x Li+ + x e- = LixTiS2
放電時Li+移向正極
資料:鋰電池充電過程中，鋰金屬表面會逐漸析出尖銳的鋰枝晶，有可能穿透正負極之間的隔膜，造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)電池自燃，造成爆炸。
如何解決這個問題？
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鋰電池的發(fā)展
如何解決這個問題？
鋰枝晶
金屬Li
增加隔膜的強度
抑制或阻礙鋰枝晶的形成
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鋰電池的發(fā)展
鈷酸鋰LiCoO2
資料:與TiS2類似， LiCoO2也是層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子能在放電與充電的過程中脫出或嵌入，實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化。
2019年諾貝爾化學獎得主
約翰·古迪納夫發(fā)現(xiàn)了LiCoO2等一系列正極材料，減少了枝晶短路的可能，進而大幅提升鋰電池的穩(wěn)定性 。
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鋰電池的發(fā)展
負極材料為金屬Li，依然屬于二次鋰電池
放電時的總反應：
x Li + Li1-xCoO2 = LiCoO2
負極
Li
正極 固體LiCoO2
隔膜
電解質(zhì)溶液
：Li+
：e-
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鋰電池的發(fā)展
2019諾貝爾化學獎得主
吉野彰將碳基材料用作負極，依舊用鈷酸鋰做正極，并采用聚乙烯或聚丙烯為隔膜，LiClO4的碳酸丙烯酯液為電解質(zhì)溶液。確立了現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架。
負極 LixCy
充電時，電子被石墨層結(jié)構(gòu)得到， Li+僅遷移嵌入石墨層間，依然以Li+形式存在，故不存在金屬Li。
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鋰電池的發(fā)展
北京時間10月9日下午5點45分，瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣布，將2019年度諾貝爾化學獎授予美國得州大學奧斯汀分校John B. Goodenough教授、紐約州立大學賓漢姆頓分校M.stanley Whittlingham教授和日本化學家Akira Yoshino，以表彰其在鋰離子電池的發(fā)展方面作出的貢獻。
03 鋰離子電池
趙健
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鋰離子電池
鋰離子電池中不含有金屬態(tài)的鋰，它是把鋰離子嵌入碳（石油焦炭/石墨）中形成負極。 鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。
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鋰離子電池
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鋰離子電池工作原理示意圖
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鋰離子電池
負極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6 )
正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)
電解液：鋰導電有機電解液
總反應：
正極：
負極：
放電
陽極：
陰極：
充電
LixC6 +Li1-xCoO2 LiCoO2＋6C
放電
充電
LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2
6C+xe－+xLi+＝LixC6
LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
Li+由石墨中脫嵌移向正極，嵌入LiCoO2晶體
Li+從LiCoO2晶體中脫嵌，由正極回到負極，嵌入石墨中
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練習
磷酸鐵鋰系鋰離子電池：
負極：
正極：
放電
充電
陰極：
正極：
LixC6+ Li1-xFePO4 6C+LiFePO4
放電
充電
6C +xLi+ + xe- ＝ LixC6
LiFePO4 － xe-＝Li1-xFePO4 + xLi+
LixC6 － xe- ＝ xLi+ + 6C
Li1-xFePO4 + xe- + xLi+ ＝ LiFePO4
總反應：
請寫出的電極反應式
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04 燃料電池
趙健
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燃料電池
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燃料電池
利用下面反應，設(shè)計能夠連續(xù)提供電能的原電池。
2H2 + O2 2H2O
實驗用品：H2、O2、稀硫酸、石墨棒、試管、U形管、導管、導線、電流表等。
繪制實驗裝置圖，并思考：
①電池中的電極反應是什么；
②裝置是如何實現(xiàn)連續(xù)工作的。
氫氧燃料電池
燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。
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燃料電池
氫氧燃料電池
正極:
O2
負極：
燃料
酸性電解質(zhì)
溶液：H2SO4
H+
稀
硫
酸
正極：
負極：
2H2 – 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
總反應：
2H2 + O2 = 2H2O
由于燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進行反應，生成物不斷地被排出，因此可以實現(xiàn)連續(xù)供電。
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氫氧燃料電池
Na2SO4溶液
總反應式
正極
負極
2H2＋O2 ＝ 2H2O
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氫氧燃料電池
H2SO4溶液
總反應式
正極
負極
2H2＋O2 ＝ 2H2O
4H＋＋4OH－＝4H2O
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氫氧燃料電池
總反應式
正極
負極
2H2＋O2 ＝ 2H2O
KOH溶液
2H＋＋2OH－＝2H2O
H2＋2OH－－2e－＝2H2O
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氫氧燃料電池
寫出H2SO4為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池的總反應式和電極反應式
寫出KOH為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池的總反應式和電極反應式
總反應: 2H2+ O2 ＝2H2O
負極：
正極：
O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
總反應: 2H2+ O2 ＝2H2O
負極：
正極：
H2 －2e- ＝2H+
2H2 －4e- ＝4H+
H2 -2e- +2OH- ＝2H2O
2H2 －4e- ＝4H+
2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O
2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O
O2 +4e- +2H2O ＝4OH-
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練習
CH4 +10OH- －8e- = CO32-+7H2O
CH4 + 2O2 +2OH- =3H2O+ CO32-
2O2+8e-+4H2O = 8OH-
寫出甲烷燃料電池（CH4-O2-KOH溶液）的電極反應式
負極：
正極：
總反應:
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1、一種新型的燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，其總反應為：
2C2H6 +7O2+8KOH=4K2CO3+10H2O，有關(guān)此電池的推斷正確的是( )
A．正極反應為14H2O+7O2+28e-=28OH-
B．放電一段時間后，負極周圍的pH升高
C．每消耗1 mol C2H6 ，則電路上轉(zhuǎn)移的電子為28 mol
D．放電過程中KOH的物質(zhì)的量濃度不變
A
練習
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2. （2020.金考卷.高考模擬）隨著人類環(huán)保意識的增強，新能源汽車有了長足的發(fā)展，鋰離子電池被廣泛使用，其充、放電過程就是鋰離子的嵌入和脫嵌的過程，電池反應為Li1-xMO2 +C6Li LiMO2 +C6Li1-x (M代表過渡元素，x<1)，其工作原理如圖所示，下列說法正確的是（ ）
A ．該電池總反應為可逆反應
B ．電池放電時a為負極，充電時a為陰極
C ．該電池充、放電時會有金屬鋰生成，電解液中一定不能有水
D ．電池充電時陰極的電極反應式為C6Li1-x +xLi+ + xe- == C6Li
D

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