人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池优秀课件ppt

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人教版高中化学选择性必修一
第四章 化学反应与电能第二节 化学电源
目录
化学史：发明电池的故事
伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家.有一天,伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文,说动物肌肉里贮存着电,可以用金属接触肌肉把电引出来.看了这篇论文,伏特非常兴奋,便决定亲自来做这个实验.他用许多只活青蛙反复实验,终于发现,实际情况并不像加伐尼所说的那样,而是两种不同的金属接触产生的电流,才使蛙腿的肌肉充电而收缩. 为了证明自己的发现是正确的,伏特决定更深入地了解电的来源。 为了纪念他的贡献,人们把电压的计量单位叫做伏特,简称伏,符号V。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。
导入思考
用途广泛的电池
用于汽车的铅蓄电池和燃料电池
头脑风暴
用途广泛的电池
用于“神六”的太阳能电池
笔记本电脑专用电池
手机专用电池
摄像机专用电池
各式各样的纽扣电池
［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池？你知道电池的有哪些种类？
电池
化学电池
太阳能电池
原子能电池
将化学能转换成电能的装置
将太阳能转换成电能的装置
将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器转变为电能的装置
1、化学电池
1) 概念:
将化学能变成电能的装置
2)优点:
①能量转换效率高，供能稳定可靠
②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便
③易维护，可在各种环境下工作。
3)电池优劣的判断标准:
① 比能量
［单位：(w·h/kg)，(w·h/L)］
指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
② 比功率
[单位：（W/kg，W/L)]
指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小.
③ 电池的可储存时间的长短
除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池等
锂离子电池
银锌蓄电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
④ 化学电池的分类
（一）一次电池
电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。
1，普通电池
总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O  
负极： Zn - 2e- = Zn2+
正极：2MnO2+2NH4++2e- =Mn2O3+ 2NH3+H2O
优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。
负极材料是什么？
正极材料是什么？
电解质溶液是什么？
电极反应式如何书写？
2.碱性锌锰电池
正极：MnO2
负极：Zn
负极：
Zn + 2OH- -2e- =Zn(OH)2
正极：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
氢氧化氧锰
碱性锌锰电池构造示意图
电解质：KOH
负极材料是什么？
正极材料是什么？
电解质溶液是什么？
电极反应式如何书写？
优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电(电流稳定，放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液)
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用.锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为： Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) =Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)下列说法错误的是……………………………( ) A.电池工作时,锌失去电子B.电池正极电极反应为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq) C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极D.外电路每通过0.2mole-, 理论上减小锌的质量6.5g
C
随堂小练
3.银锌电池
Zn为______,Ag2O为______电解液: 电极反应式:负极:正极:总反应式:
优点：比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。
Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－
负极
正极
Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2
KOH溶液
铅蓄电池
1)正负极材料
正极：PbO2
负极：Pb
2)工作机制
电解质溶液：H2SO4(aq)
充电电池中能量的转化关系：
(二)二次电池(充电电池或蓄电池):
放电后可以再充电使活性物质获得再生；铅蓄电池、锂离子电池……
其电池反应可以正向和逆向进行.蓄电池放电时为自发电池,充电时为电解池.充电后电池容量得到恢复,充放电次数可达千百次 .
1.放电时电极反应式: 负极:Pb + SO42- -2e-＝PbSO4 正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-＝PbSO4 + 2H2O总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4＝2PbSO4 + 2H2O 2.(充放电)可逆反应式:充电时电极反应式与放电时电极反应式相反,所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：
优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)
用途：电动自行车、汽车、发电站等都要用到它
关于铅蓄电池放电时的说法正确的（ ） A．电池的负极材料是铅板 B．正极发生的反应是 Pb +SO42--2e-= PbSO4 C．电池中硫酸的浓度不发生变化 D．负极质量减少、正极质量增加
A
随堂小练
锂电池——电解液为有机溶剂（无水）
负极： ；正极： 。总反应表示为：
用途：便携式电子设备(智能手机、笔记本电脑等)和交通工具(电动汽车、电动自行车等；大型储能电站等)
LixCy-xe-=xLi++Cy
Li1-xCoO2 +xLi+ + xe-= LiCoO2
负极:Li(嵌锂石墨),正极：LiCoO2(钴酸锂);电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液
LixCy+ Li1-xCoO2 = LiCoO2+Cy
优点：质量小、体积小、储存和输出能量大
氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是    H2+2NiO(OH)           2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是(     ) A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原D.电池放电时，H2在负极上反应
CD
负极：H2+2OH--2e- = 2H2O正极：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH-
随堂小练
(三)燃料电池
一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池.电池的电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件.工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排除,于是电池就连续不断地提供电能.清洁、能量转换率高的特点。
可供选择的燃料很多，如:氢气、烃类、肼、甲醇、氨、煤气等液态或气态的燃料。
1.氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电池。
正极:O2 + 4H+ + 4e-＝2H2O ;
正极:O2 + 2H2O ＋4e-＝4OH- ;
负极:2H2+4OH- －4e-＝4H2O
负极:2H2 - 4e-＝4H+
总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O
B.碱性条件下工作原理：
总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O
A.酸性条件下工作原理：
氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。关于以KOH为电解质的氢氧燃料电池叙述错误的是（ ） A、氢氧燃料电池直接把热能转化为电能 B、电子从负极出发，沿导线流向正极 C、负极反应式为H2+2OH--2e- =2H2O D、电解质 KOH的物质的量不发生变化
A
随堂小练
固体燃料电池
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
燃料电池的规律
①燃料做负极，助燃剂氧气为正极
②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。
③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。
燃料电池与前几种电池的差别：
①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；
②反应产物不断排出
书写步骤：（1）写出燃烧反应的化学方程式；（2）根据电解液改写燃料电池总反应；（3）写出正极的电极反应式(一般较简单);（4）由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。
怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？
其它燃料电池：是用金属铂片插入KOH溶液作电极,又在两极上分别通甲烷或其它烃燃料和氧气氧化剂。电极反应式为：
负极：CH4＋10OH-－8e ＝CO32-＋7H2O；
正极：4H2O＋2O2＋8e ＝8OH。
电池反应为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
使用氢氧燃料电池动力的法国产标致TAXI
同济大学研制的燃料电池汽车－超越3号
我国自主研发的燃料电池车
神舟六号燃料电池发电系统
一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2—.下列对该燃料电池说法正确的是( ) A．电池的总反应是：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O B．在熔融电解质中，O2-由负极移向正极 C．通入空气一极是正极,电极反应为：O2+4e-=2O2- D．通入丁烷—极是正极,电极反应为：C4H10+26e-+13O2-=4CO2+5H2O
AC
随堂小练
书写电极反应式应注意以下几点：
1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；3．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在)；4．溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H＋结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-。
熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式: 阳极反应式：阴极反应式：_________________ 电池总反应式：_______________
O2+2CO2+4e- =2CO32-
2CO+O2 = 2CO2
2CO+2CO32--4e-= 4CO2
随堂小练
锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（ ）A、Li是正极，电极反应为 Li－e- =Li+B、Li是负极，电极反应为 Li－e- =Li+C、Li是负极，电极反应为 MnO2 +e-=MnO2 –D、Li是负极，电极反应为 Li－2e- = Li2+
B
随堂小练
化学电源
酸性锌锰电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
锂电池
课堂小结
课程结束