《原电池(第二课时)》课件

《原电池(第二课时)》结构简单一次电池反复使用二次电池连续工作燃料电池新型电池电池的研发原电池的构成要素自发的氧化还原反应闭合回路原电池化学能电能离子导体电极材料电极反应电子导体还原反应氧化反应知识回顾一、一次电池一次电池是放电后不可充电的电池。碱性干电池银锌电池认识普通锌锰干电池任务一构造示意图

普通锌锰干电池是最早进入市场的实用干电池。因其电解质溶液用淀粉糊固定化，称为干电池。认识普通锌锰干电池任务一结合资料和示意图分析：

电极反应中的还原剂和氧化剂、电极材料、离子导体。资料普通锌锰干电池放电时发生的主要反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)构造示意图0+4+3+2电极反应活性物质负极：Zn正极：MnO2电极材料负极：Zn正极：石墨棒离子导体NH4Cl和ZnCl2混合物构造示意图3.分析普通锌锰干电池长期占据市场和现在逐渐被替代的可能原因。认识普通锌锰干电池任务一Zn石墨棒NH4ClMnO2NH4ClZnCl2A单液电池优点：结构简单、价格低廉。缺点：会发生自放电。Zn石墨棒NH4ClMnO2NH4ClZnCl2A单液电池放置不同时间后的普通锌锰干电池碱性锌锰干电池

容量高，能大电流连续放电。还具有优良的低温性能、储存性能和防漏性能。碱性锌锰干电池结构金属外壳离子型导电隔膜Zn粉和KOH混合物铜针MnO2和KOH混合物

已知该电池总反应为：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2资料根据示意图和资料：1.分析各部分的作用，

画出工作原理示意图；2.写出电极反应式。认识碱性锌锰干电池任务二金属外壳离子型导电隔膜Zn粉和KOH混合物铜针0+4+3+2MnO2和KOH混合物观点展示金属外壳离子型导电隔膜Zn粉和KOH混合物铜针电极反应还原剂：Zn粉氧化剂

：MnO2电极材料负极：铜针正极：金属外壳离子导体KOH、离子型导电隔膜MnO2和KOH混合物＋－正极金属外壳离子型导电隔膜Zn粉KOH混合物负极铜针MnO2KOH混合物e-+-负极：Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2正极：2MnO2+2e-+2H2O2MnO(OH)+2OH-

正极金属外壳离子型导电隔膜Zn粉KOH混合物负极铜针MnO2KOH混合物e-+-总反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)20+4+3+2资料

①碱性干电池增大了正负极间的相对面积，用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液，锌也变成粉末状，同时采用了反应活性更高的电解二氧化锰粉；

②电流是单位时间内通过横截面的电量。

4.阅读资料，找出能使碱性锌锰干电池产生大电流和高电压的设计。认识碱性锌锰干电池任务二电极活性物质Zn粉、高活性电解MnO2电极材料增大相对面积离子导体高导电性的KOH溶液加快反应速率减小电池内阻大电流高电压改进方式改进目的改进效果化学电源——原电池原理+工艺控制碱性锌锰干电池普通锌锰干电池二、二次电池二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。认识铅蓄电池任务三铅酸蓄电池的构造示意图铅蓄电池优点电压稳定使用方便安全可靠价格低廉稀硫酸Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O资料铅蓄电池放电时的总反应为：PbSO4难溶于水，充电过程与上述过程相反。1.根据铅蓄电池放电过程的总反应写出电极反应式。认识铅蓄电池任务三0+4+2正极：PbO2+4H+++2e-

PbSO4+2H2O负极：Pb+-2e-

PbSO4

SO4

2-

SO4

2-

认识铅蓄电池任务三Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O0+4+2总反应：

2.铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面，分析这样设计的目的。认识铅蓄电池任务三目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。PbPbSO4PbO2PbSO4放电充电负极正极放电充电

1.利用下面反应，设计能够连续提供电能的原电池。2H2+O22H2O实验用品：H2、O2、稀硫酸、石墨棒、试管、U形管、导管、导线、电流表等。绘制实验装置图，并思考：①电池中的电极反应是什么；②装置是如何实现连续工作的。设计连续工作的电池任务四e-H2O2H2SO4溶液石墨棒石墨棒e-H2O2H2SO4溶液石墨棒负极：2H2

-4e-4H+

正极：O2

+4H+

+4e-2H2O

由于燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，因此可以实现连续供电。石墨棒设计连续工作的电池任务三H2O2H2SO2溶液2.如何使气体反应物快速、充分的反应？设计连续工作的电池任务三增大接触面积使用催化剂负极：2H2

-4e-4H+

正极：O2

+4H+

+4e-2H2O

氢氧燃料电池工作原理示意图稀硫酸资料氢氧燃料电池汽车能连续不断地提供电能三、燃料电池燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。能量转化率超80%绿色发电装置②电池内部的电极材料和离子导体在工作过程中不发生改变，使燃料电池可以持续工作。燃料电池的特点①燃料和氧化剂连续的由外部供给，生成物不断地被排出，可以连续不断地提供电能。电池类型原理工艺及目的一次电池原电池原理加入隔膜分隔氧化剂与还原剂，减少电池自损耗。二次电池原电池及电解池原理将相关活性物质富集在电极材料表面，实现物质循环转化。燃料电池原电池原理燃料和氧化剂连续由外部提供，保持电极材料和离子导体稳定，能够实现连续工作。重视废旧电池的回收利用，减少环境污染，节约资源。普通干电池二次电池……碱性干电池有巨大研究潜力的电池用废纸发电的生物电池理论上计算一张A4纸可产生的电力大约相当于6节5号电池的电量！新型柔性电池：有巨大研究潜力的电池任务一化学电源电极反应式的书写[问题探究]1.溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响?答案

在书写电极反应式时一定要注意电解质溶液的酸碱性。碱性电解质溶液中,电极反应式中不能出现H+;酸性电解质溶液中,电极反应式中不能出现OH-。2.如何根据原电池原理判断原电池的两个电极?答案

说明:原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成活泼电极一定是负极的思想。[深化拓展]化学电源电极反应式的书写(1)根据装置书写电极反应式先分析题目给定的图示装置,确定原电池正、负极上的反应物质。①负极:活泼金属或燃料失去电子生成阳离子;若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。如铅酸蓄电池的负极:②正极:阳离子得到电子生成单质或O2得到电子,若反应物是O2,则有以下规律:电解质溶液呈碱性或中性:O2+2H2O+4e-===4OH-;电解质溶液呈酸性:O2+4H++4e-===2H2O。③总反应式:正、负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到电池反应的总方程式。(2)给出总反应式,写电极反应式如果给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),先写出反应相对较简单的一极的电极反应式,另一极的电极反应式可用总反应式减去已写出的电极反应式,即得结果。(3)电极反应式的书写过程归纳①列物质,标得失:根据负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极的产物,分析得失电子的数目,利用得失电子守恒配平。②选离子,配电荷:根据溶液的酸碱性选择合适的离子,确保电极产物能在电解质溶液中稳定存在,然后利用电荷守恒进行配平。③巧用水,配个数:通常介质为水溶液,根据需要选择水为反应物或生成物,利用质量守恒进行配平。[素能应用]典例1在碱性锌锰电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有关该电池的电极反应式的书写正确的是(

)A.负极反应式为Zn-2e-===Zn2+B.负极反应式为Zn+2H2O-2e-===Zn(OH)2+2H+C.正极反应式为2MnO2+2H++2e-===2MnO(OH)D.正极反应式为2MnO2+2H2O+2e-===2MnO(OH)+2OH-答案

D解析

在书写碱性电池的电极反应式时,方程式中不得出现H+。在碱性锌锰电池中,负极的Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合为Zn(OH)2。变式训练1(2019全国Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是(

)A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区答案

D任务二常见的燃料电池[问题探究]1.燃料电池的两电极反应有何特点?答案

两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料一般表现为失去电子,通入负极。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,通入正极。2.氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相同吗?答案

相同,都为2H2+O2===2H2O。[深化拓展]常见燃料电池的电极反应在燃料电池中,电解质溶液参与电极反应,电解质酸碱性的改变,会引起电极反应的变化,但不影响燃料及O2的性质。电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时,还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。(1)甲烷燃料电池。电解质:KOH正极(通O2):2O2+4H2O+8e-===8OH-负极(通CH4):CH4+10OH--8e-===

+7H2O总反应:CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O(2)甲醇燃料电池。电解质:KOH正极:3O2+6H2O+12e-===12OH-负极:2CH3OH+16OH--12e-===2+12H2O总反应:2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O(3)肼燃料电池。电解质:KOH正极:O2+2H2O+4e-===4OH-负极:N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O总反应:N2H4+O2===N2+2H2O(4)熔融盐燃料电池。熔融盐燃料电池具有较高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极反应物,空气与CO2的混合气为正极反应物,制得在650℃下工作的燃料电池。有关的电池反应式为:[素能应用]典例2一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是(

)A.该燃料电池A是正极,B是负极B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH--2e-2===H2OC.电池工作时,向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-===2答案

D书写燃料电池的电极反应式应注意的问题(1)电池的负极一定是可燃性气体失电子,发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2)得电子,发