化学选择性必修1第一节 原电池习题ppt课件

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盐水小汽车电池工作原理分析
1. 如何形成了原电池？请画出原电池工作示意图进行说明。
负极：2Zn - 4e- 2Zn2+
正极：O2 + 4e- + 2H2O 4OH-
总反应：2Zn + O2 + 2H2O 2Zn(OH)2
Zn还没有完全消耗，小汽车就跑不动了。
表面有Zn(OH)2覆盖
2.表面的Zn(OH)2是如何产生的？
Zn2+ + 2OH- Zn(OH)2
正极生成的OH-向负极迁移与负极生成的Zn2+反应
分析原电池问题的两个重要角度：
3.请给生产商一个改造电池的建议，以能够延长盐水小汽车行驶的时间。
限制OH-通过的离子导电性隔膜
比能量（比功率）：电池单位质量或单位体积所能输出 电能的多少（或功率的大小）
2019年诺贝尔化学奖得主
作为心脏起搏器的电池应该具备什么样的特点。
1960年，瑞典医生奥克·森宁为一位病人植入了心脏起搏器，并将电池埋在皮下。当电池耗尽后需要手术更换电池。
体积小、质量小、高能量——比能量高
怎样提高电池的比能量呢？
转移1ml电子时，消耗金属的质量
科学家们将目光聚焦在了Li上
结合锂的化学性质，思考用金属锂作为负极材料时需要注意的问题。
Li：第二周期IA族； 还原性较强； 易与水和氧气发生反应。
电池的电解质溶液不能含水；电池要严格密封，防止接触空气。
资料 锂金属电池一般使用MnO2为正极反应物、金属锂或其合金为负极材料、使用非水电解质溶液做离子导体。并且用良好的密封材料进行封装。 放电反应：x Li + MnO2 LixMnO2
一次锂电池价格昂贵，不可充电。请思考如何解决这一问题？
二次电池的特点： 电极反应物和产物在充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。
改进方法： 寻找可以实现物质循环转化的材料或方法。
2019诺贝尔化学奖得主
斯坦利·惠廷厄姆在1976年提出了第一个嵌入脱出型的正极材料TiS2，这几乎标志着从早期的Li—MnO2一次电池到现代二次锂电池的转变。
资料 TiS2是一种微观上具有层状结构的固体材料。充、放电时，Ti元素的化合价发生变化，层状结构所带电荷量发生改变，锂离子会因此从其中脱出或嵌入。
放电总反应：x Li + TiS2 LixTiS2
结合资料、总反应与示意图，分析:1.放电时Li+迁移方向 和电极反应；2.简单说明其能够反复 充电的理由。
1.放电时Li+移向正极
正极：TiS2 + x Li+ + x e- LixTiS2
负极：x Li – x e- x Li+
x Li + TiS2 LixTiS2
TiS2LixTiS2
资料 锂电池充电过程中，锂金属表面会逐渐析出尖锐的锂枝晶，有可能穿透正负极之间的隔膜，造成电池内部短路，引发电池自燃，造成爆炸。
抑制或阻碍锂枝晶的形成
约翰·古迪纳夫发现了LiCO2等一系列正极材料，减少了枝晶短路的可能，进而大幅提升锂电池的稳定性 。
资料 与TiS2类似， LiCO2也是层状结构，锂离子能在放电与充电的过程中脱出或嵌入，实现物质循环转化。
负极材料为金属Li，依然属于二次锂电池
放电时的总反应： x Li + Li1-xCO2 LiCO2
吉野彰将碳基材料用作负极，依旧用钴酸锂做正极，并采用聚乙烯或聚丙烯为隔膜，LiClO4的碳酸丙烯酯液为电解质溶液。确立了现代锂离子电池的基本框架。
放电时的总反应：LixCy + Li1-xCO2 LiCO2 + Cy
充电时，电子被石墨层结构得到， Li+仅迁移嵌入石墨层间，依然以Li+形式存在，故不存在金属Li。
LixCy + Li1-xCO2 LiCO2 + Cy
充电：x Li+ + Cy + x e- LixCy
碳基材料作负极，防止生成锂枝晶
钴酸锂作正极，减少了锂枝晶
嵌入脱出型材料TiS2
中国科学家研究成果简介
2018年10月，南开大学梁嘉杰、陈永胜教授课题组与江苏师范大学赖超课题组合作，成功制备了具有多级结构的银纳米线—石墨烯三维多孔载体，并负载金属锂作为复合负极材料，其同样可抑制锂枝晶产生，从而可实现电池超高速充电，有望大幅延长锂电池“寿命”。
 已知磷酸铁锂电池放电时的总反应为：
放电时下面电极反应发生在A极还是B极？ LixCy–x e- x Li+ + Cy
LixCy + Li1-xFePO4 LiFePO4 + Cy
2.为了安全、有效的回收锂，拆解废旧电池时需要先进行放电处理，其目的是什么？
观点一：反应生成Li+，图示显示Li+向左迁移，所以可以判断反应发生在B电极。
观点二：反应是失去电子的负极反应。图示显示阳离子Li+向左（即正极）迁移，由此判断B极为负极，所以反应发生在B电极。
LixCy–x e- x Li+ + Cy
答案： 充分放电后，体系的化学能已充分转化为电能，避免了后续处理过程中继续释放能量，造成安全隐患。 同时放电过程中，Li+从负极B极脱出并向正极A极迁移，使Li元素在正极区富集，更利于有效的回收锂。
2.为了安全、有效的回收锂，拆解废旧电池时需要先进行放电处理，这样的目的是什么？