1.2.2化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化（化學(xué)電源）（同步課件）-第二輯：蘇教版2019選擇性必修1高二化學(xué)課件+練習(xí) 特供省重點(diǎn) 2021-2022學(xué)年高中化學(xué)蘇教版（2019）選擇性必修一課件+練習(xí)

第二節(jié)

化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化

課時(shí)2

化學(xué)電源

第一章

化學(xué)反應(yīng)與能量變化授課人：學(xué)習(xí)目標(biāo)1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：了解常見(jiàn)的一次電池、二次電池、燃料電池的原理，優(yōu)點(diǎn)及質(zhì)量?jī)?yōu)劣的評(píng)價(jià)。2.變化觀念與平衡思想：掌握新型化學(xué)電源的工作原理、電極反應(yīng)、分析現(xiàn)象及相關(guān)計(jì)算。課程導(dǎo)入結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一次電池反復(fù)使用二次電池連續(xù)工作燃料電池新型電池化學(xué)電源按其反應(yīng)原理分類：一、化學(xué)電源概述普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、紐扣式銀鋅電池又稱為充電電池或蓄電池，鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、銀鋅電池、鋰電池和鋰離子電池。電池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)大部分被消耗后就不能再使用，放電后不可再充電。一次電池1放電后可以再充電，可多次重復(fù)使用。二次電池2燃料電池的氧化劑和還原劑不是儲(chǔ)藏在電池內(nèi)部，而是在工作時(shí)不斷從外部輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池，因此燃料電池能連續(xù)不斷地提供電能。燃料電池3特點(diǎn)一、化學(xué)電源概述二、一次電池普通鋅錳干電池的構(gòu)造示意圖堿性鋅錳電池的構(gòu)造示意圖負(fù)極正極電解質(zhì)溶液負(fù)極正極電解質(zhì)溶液鋅錳干電池工作原理二、一次電池堿性鋅錳干電池總反應(yīng)式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2

負(fù)極：正極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH

＋2OH－正極金屬外殼離子型導(dǎo)電隔膜Zn粉KOH混合物負(fù)極銅針MnO2KOH混合物e-+-紐扣式銀鋅電池的構(gòu)造示意圖Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－負(fù)極正極電解質(zhì)溶液總反應(yīng)式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag負(fù)極：正極：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2二、一次電池二次電池又稱為充電電池或蓄電池，放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，因此二次電池可以多次重復(fù)使用。鉛蓄電池是最常見(jiàn)的二次電池。三、二次電池三、二次電池鉛酸蓄電池的構(gòu)造示意圖鉛蓄電池優(yōu)點(diǎn)電壓穩(wěn)定使用方便安全可靠?jī)r(jià)格低廉稀硫酸三、二次電池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。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(shí)可以循環(huán)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電池重復(fù)使用。PbPbSO4PbO2PbSO4放電充電負(fù)極正極放電充電鉛蓄電池工作原理三、二次電池鉛蓄電池負(fù)極：正極：Pb+SO4

2--2e-=PbSO4PbPbO2硫酸溶液電解質(zhì)：PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電過(guò)程中，負(fù)極質(zhì)量的變化是

，電解質(zhì)溶液pH的變化是

。放電過(guò)程增大增大三、二次電池鉛蓄電池陰極(發(fā)生還原反應(yīng))：陽(yáng)極(發(fā)生氧化反應(yīng))PbSO4＋2e－===Pb＋SO42-PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42-總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充電過(guò)程充電時(shí)，鉛蓄電池陽(yáng)極與直流電源正極相連，陰極與直流電源負(fù)極相連。三、二次電池隨著信息技術(shù)的發(fā)展，為了適應(yīng)移動(dòng)通信、便攜式電腦和各種電子產(chǎn)品等的廣泛使用，科研工作者不斷研制出小型化、高比能量、工作壽命長(zhǎng)、不需要特殊維護(hù)的二次電池。目前已開(kāi)發(fā)出鎳鎘電池、鎳氫電池、銀鋅電池、鋰電池和鋰離子電池等新型二次電池。三、二次電池放電過(guò)程負(fù)極：正極：MH-e-+OH-=M+H2OMHNiO(OH)KOH溶液電解質(zhì)：NiO(OH)+e-=NiO+OH-總反應(yīng)：

NiO(OH)+MHNiO+M+H2O鎳氫電池三、二次電池鋰離子電池放電時(shí)：Li＋由石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中；充電時(shí)：Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，得到電子生成Li重新嵌入石墨中嵌鋰石墨(LixC6)磷酸鐵鋰(LiFePO4)或鈷酸鋰(LiCoO2)電解質(zhì)溶液：鋰離子的載體，如六氟磷酸鋰(LiPF6)的碳酸酯無(wú)水溶液正極：負(fù)極：三、二次電池三、二次電池鋰離子電池的工作原理示意圖電池總反應(yīng)：LixC6＋Li(1-x)CoO2=LiCoO2＋6C以鈷酸鋰-石墨鋰電池為例負(fù)極：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2LixC6－xe－=6C＋xLi＋正極：典例解析例1鉛蓄電池是一種典型的可充電電池，其放電時(shí)的電池總反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O，則下列說(shuō)法正確的是(

)

A．電池工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Pb－2e－===Pb2＋B．鉛蓄電池是二次電池，放電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C．鉛蓄電池放電時(shí)兩個(gè)電極質(zhì)量都增大D．鉛蓄電池充電時(shí)陽(yáng)極電極反應(yīng)為PbSO4＋2H2O＋2e－=PbO2＋4H＋＋SOC燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域燃料電池是利用燃料和氧化劑之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池。燃料電池的氧化劑和還原劑不是儲(chǔ)藏在電池內(nèi)部，而是在工作時(shí)不斷從外部輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池，因此燃料電池能連續(xù)不斷地提供電能。2022北京冬奧會(huì)氫能源用車(chē)四、燃料電池燃料電池工作原理氫氧燃料電池（堿性介質(zhì)）負(fù)極：氫氣正極：

氧氣電解質(zhì)溶液：氫氧化鉀溶液電池總反應(yīng)：

2H2+O2=

2H2O2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－堿性溶液電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)H＋四、燃料電池2H2

-4e-===4H+

O2

+4H+

+4e-===2H2O

氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)）負(fù)極：氫氣正極：

氧氣電解質(zhì)溶液：硫酸電池總反應(yīng)：

2H2+O2=2

H2O酸性溶液電極反應(yīng)式不能出現(xiàn)OH－四、燃料電池名稱電解質(zhì)電極反應(yīng)和總反應(yīng)甲烷燃料電池KOH總反應(yīng)：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O正極：負(fù)極：H2SO4總反應(yīng)：CH4＋2O2===CO2＋2H2O正極：負(fù)極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－CH4＋10OH－－8e－===CO32-＋7H2O2O2＋8H＋＋8e－===4H2OCH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋四、燃料電池肼燃料電池電解質(zhì)溶液：氫氧化鉀溶液總反應(yīng)：N2H4＋O2===N2＋2H2O正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－負(fù)極：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O四、燃料電池典例解析例2有一種瓦斯分析儀(如圖甲)能夠在煤礦巷道中的甲烷達(dá)到一定濃度時(shí)，通過(guò)傳感器顯示出來(lái)。該瓦斯分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如圖乙所示，其中固體電解質(zhì)是Y2O3-Na2O，O2－可以在其中自由移動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是(

)A．瓦斯分析儀工作時(shí)，電池外電路中電流由電極a流向電極bB．電極b是正極，O2－由電極a流向電極bC．電極a的反應(yīng)式為CH4＋5O2－－8e－===CO＋2H2OD．當(dāng)固體電解質(zhì)中有1molO2－通過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子2molD電池類型原理工藝及目的一次電池原電池原理加入隔膜分隔氧化劑與還原劑，減少電池自損耗。二次電池原電池及電解池原理將相關(guān)活性物質(zhì)富集在電極材料表面，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化。燃料電池原電池原理燃料和氧化劑連續(xù)由外部提供，保持電極材料和離子導(dǎo)體穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)工作。各種電池特性課堂小結(jié)一次電池燃料電池不良反應(yīng)鋅錳干電池紐扣電池氫氧燃料電池甲烷燃料電池肼燃料電池二次電池鉛蓄電池鋰離子電池課堂練習(xí)1、

如圖，某液態(tài)金屬儲(chǔ)能電池放電時(shí)產(chǎn)生金屬化合物L(fēng)i3Bi。下列說(shuō)法正確的是(

)A．放電時(shí)，M電極反應(yīng)為Ni－2e－===Ni2＋B．放電時(shí)，Li＋由M電極向N電極移動(dòng)C．充電時(shí)，M電極的質(zhì)量減小D．充電時(shí)，N電極反應(yīng)為L(zhǎng)i3Bi＋3e－===3Li＋＋BiB2、