資源簡介

(共14張PPT)
第四章 化學反應與電能
第一節 原電池
第2課時 化學電源
放電后不可再充電的電池，也叫干電池。
放電后可以再充電而反復使用的電池，又稱可充電電池或蓄電池。
連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電源。
如何正確書寫電極反應式呢？
找負極反應物(還原劑)及對應產物
得失電子及對應數目(①電子守恒)
找物質
看守恒
看得失
相加減
②電荷守恒
③原子守恒
正極+負極=總反應式
找正極反應物(氧化劑)及對應產物
看環境，給什么補什么
(酸性補H＋;堿性補OH－)
沒說在生成物里補。
補水配平
物質對
得失對
環境對
任務一 一次電池工作原理
普通鋅錳干電池
(普通)鋅錳干電池 電極反應物
電極材料
電解質溶液
正極反應式
負極反應式
總反應式
負極：Zn 正極： MnO2
NH4Cl糊
負極：Zn 正極：石墨棒
2MnO2＋2NH4＋＋2e－＝2MnO(OH) ＋2NH3
Zn－2e－＋2NH3＝Zn(NH3)2 2＋＋2NH4＋
Zn+2NH4Cl+2MnO2＝Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
【拓展了解】
普通鋅錳干電池曾一度長期占據市場，但現在卻逐漸被替代，一方面是會發生自放電；
另一方面電解質氯化氨為酸性，會腐蝕電池的鋅筒且反應有氫氣生成，易造成電池膨脹及漏液現象。
任務一 一次電池工作原理
堿性鋅錳干電池
思考：如何改進“普通鋅錳干電池”，使其避免Zn筒腐蝕漏液。
①在外殼套上防腐金屬筒或塑料筒制成防漏電池；
②將電池內的電解質NH4Cl換成濕的KOH，并在構造上進行改進，制成堿性鋅錳電池。
(堿性)鋅錳干電池 電極反應物
電極材料
電解質
正極反應式
負極反應式
總反應
負極：Zn 正極： MnO2
KOH
負極：Zn 正極：石墨棒
MnO2＋H2O＋e－ = MnO(OH)＋OH－
Zn＋2OH－－2e－ = Zn(OH)2
Zn＋2MnO2＋2H2O = 2MnO(OH)＋Zn(OH)2
pH值增大
任務一 一次電池工作原理
銀鋅紐扣電池
銀鋅紐扣電池 電極反應物
電極材料
電解質
正極反應式
負極反應式
總反應
Zn＋2OH－－2e－ = ZnO＋H2O
Ag2O＋2e－＋H2O = 2Ag＋2OH－
負極：Zn 正極： Ag2O
負極：Zn 正極： Ag2O
KOH溶液
Zn＋Ag2O = ZnO＋2Ag
【優點】：比能量大、電壓穩定，儲存時間長，適宜小電流連續放電。廣泛用于電子手表、照相機、計算器和其他微型電子儀器。
鉛蓄電池
任務二 二次電池工作原理
負極 正極 電解質溶液
材料
電極反應 \
總反應 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
Pb+SO42--2e-=PbSO4
PbO2+4H++SO42-+2e- =PbSO4+2H2O
Pb PbO2 稀硫酸
放電
充電
思考：放電一段時間后，負極Pb的質量如何變化？電解液H2SO4濃度如何變化？
負極的質量增大（因為生成了硫酸鉛附著在負極材料上）
電解液H2SO4濃度減小（因為H+參與了正極反應，被消耗，SO42-生成了硫酸鉛，也被消耗）
注：二次電池充電時，電池的負極接外接電源的負極，電池的正極接外接電源的正極。
鉛蓄電池
任務二 二次電池工作原理
陰極 陽極 電解質溶液
材料
電極反應 \
總反應 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
PbSO4+2e-=Pb+SO42-
PbSO4+2H2O-2e- =PbO2+4H++SO42-
與外界電源負極相連 與外界電源正極相連 稀硫酸
放電
充電
思考：如何書寫鉛酸蓄電池的充電反應？
核心思路：充電反應是放電反應的逆過程。
優點：電壓穩定、使用方便、安全可靠、價格低廉。
缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環境。
鋰離子電池
任務二 二次電池工作原理
鋰離子電池具有質量小、體積小、儲存和輸出能量大等特點，是多種便攜式電子設備和交通工具的常用電池。目前常用的鋰離子電池有磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、鈷酸鋰電池等。
注意：所有類型的鋰電池，其電解質溶液一定不能為水溶液。
LiCoO2
LixC6
正極：
負極：
放電
陽極：
陰極：
充電
LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2
6C+xe－+xLi+＝LixC6
LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
LixC6+ Li1-xFePO4 6C+LiFePO4
放電
充電
任務三 燃料電池工作原理
氫燃料電池車
燃料電池是一種能量轉化裝置，一種連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電源。
氫氧燃料電池利用了電解水的逆反應，以C或Pt作為電極材料，實現能量轉化。
氫氧燃料電池發熱效率高、產物僅為水、可實現完全無污染。
資料卡片
注意：燃料電池中，“燃料”并不燃燒，而是作為電極（負極）反應物參與發電
任務三 燃料電池工作原理
電池總反應：2H2 + O2 = 2H2O
H2SO4(aq)
H2
O2
負 正
負極：2H2 - 4e- = 4H+
正極：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O
NaOH(aq)
H2
O2
負 正
負極：2H2 - 4e- +4OH-= 4H2O
正極：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
(酸性）
(堿性）
任務三 燃料電池工作原理
介質 電池反應：2H2＋O2===2H2O 負極 ________________________
正極 _________________
負極 _________________
正極 _______________________
2H2－4e－＋2O2－===2H2O
O2＋4e－===2O2－
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
思考:氫氧燃料電池在不同介質中的總反應相同，但正、負極反應與電解質溶液有關，寫出導電介質為固體電解質時的正、負極反應。
任務三 燃料電池工作原理
以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環境下電極反應式的書寫方法：
(1)酸性介質(如H2SO4)
負極：____________________________________________；
正極：____________________________________________；
總反應式：________________________________________。
(2)堿性介質(如KOH)
負極：____________________________________________；
正極：____________________________________________；
總反應式：________________________________________。
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4＋2O2＋2OH－===CO32-＋3H2O
CH4－8e－＋10OH－===CO32-＋7H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
注意：燃料電池總反應式一般為燃燒方程式(去“點燃”)但當生成物有后續反應時，加和后續反應.
任務三 燃料電池工作原理
固體電解質(高溫下能傳導O2－)
負極：____________________________________________；
正極：____________________________________________；
總反應式：________________________________________。
熔融碳酸鹽燃料電池（電解質是Li2CO3－K2CO3的混合物熔鹽，導電離子是碳酸根離子）
負極：____________________________________________；
正極：____________________________________________；
總反應式：________________________________________。
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
2O2+4CO2+ 8e－ === 4CO32-
CH4－8e－＋ 4CO32- ===5CO2＋2H2O

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