《原电池(第三课时)》课件

《原电池(第三课时)》盐水小汽车资料小汽车电源结构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。任务一e-+-负极ZnNaCl溶液观点展示Zn片还原剂电极材料石墨片电极材料浸NaCl溶液的滤纸片离子导体正极石墨负极：2Zn-4e-2Zn2+

正极：O2+4e-+2H2O4OH-

e-+-负极ZnNaCl溶液总反应：2Zn+O2+2H2O2Zn(OH)2

观点展示Zn片还原剂电极材料石墨片电极材料浸NaCl溶液的滤纸片离子导体正极石墨Zn还没有完全消耗，小汽车就跑不动了。

使用前的锌片与滤纸接触的一面表面有Zn(OH)2覆盖2.表面的Zn(OH)2是如何产生的？盐水小汽车电池工作原理分析任务一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Zn2+O2OH-溶液电极反应粒子迁移分析原电池问题的两个重要角度：Zn2+O2OH-溶液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。盐水小汽车电池工作原理分析任务一方案展示特殊性质的膜材料限制OH-通过的离子导电性隔膜负极正极石墨ZnNaCl溶液方案展示新能源汽车各种新能源汽车电池电池类型镍镉电池镍氢电池锂离子电池比能量/(W·h·kg－1)5560～70120循环寿命/次500以上1000以上1000以上优点比能量较高、寿命长、耐过充放性好比能量高、寿命长比能量高、寿命长缺点镉有毒、有记忆效应、价格较高价格高、高温充电性差价高、存在一定安全性问题比能量（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吉野彰约翰·古迪纳夫斯坦利·惠廷厄姆锂离子电池的发展锂金属电池锂离子电池作为心脏起搏器的电池应该具备什么样的特点。回顾锂电池的发展任务二1960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。作为心脏起搏器的电池应该具备什么样的特点。体积小、质量小、高能量——比能量高回顾锂电池的发展任务二作为心脏起搏器的电池应该具备什么样的特点。体积小、质量小、高能量——比能量高回顾锂电池的发展任务二怎样提高电池的比能量呢？转移1mol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。回顾锂电池的发展任务二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。一次锂金属电池资料

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：xLi

+

MnO2

LixMnO2负极正极一次锂电池价格昂贵，不可充电。请思考如何解决这一问题？回顾锂电池的发展任务二二次电池的特点：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。TiS2Li+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：xLi+TiS2LixTiS2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。

Li固体TiS2隔膜含Li+的电解质溶液：Li+：e-回顾锂电池的发展任务二观点展示1.放电时Li+移向正极正极：TiS2+xLi++xe-LixTiS2负极：xLi–xe-

xLi+xLi+TiS2LixTiS2放电LiLi+TiS2LixTiS2放电充电负极正极放电充电2.观点展示1.放电时Li+移向正极正极：TiS2+xLi++xe-LixTiS2负极：xLi–xe-

xLi+xLi+TiS2LixTiS2放电如何解决这个问题？回顾锂电池的发展任务二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。锂枝晶金属Li如何解决这个问题？回顾锂电池的发展任务二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。锂枝晶金属Li增加隔膜的强度抑制或阻碍锂枝晶的形成

约翰·古迪纳夫发现了LiCoO2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

。2019年诺贝尔化学奖得主钴酸锂LiCoO2资料与TiS2类似，

LiCoO2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

Li正极固体LiCoO2隔膜电解质溶液：Li+：e-负极材料为金属Li，依然属于二次锂电池放电时的总反应：

xLi+Li1-xCoO2LiCoO2

2019诺贝尔化学奖得主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-xCoO2LiCoO2+Cy

负极LixCyLixCy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。锂离子电池LixCy

+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy

放电充电充电：xLi++Cy

+xe-LixCy负极材料正极材料碳基材料作负极，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–xe-

xLi++CyLixCy

+Li1-xFePO4LiFePO4+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？评价活动观点一：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–xe-

xLi++Cy观点展示答案：

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？观点展示科学与技术的进步，极大的提升了人们的生活质量不断向科学技术广度和深度进军。——习近平素养目标1.理解燃料电池的工作原理,培养变化观念与平衡思想等核心素养。2.学会设计和制作氢氧燃料电池,培养科学态度与社会责任等核心素养。[原理梳理]用惰性电极电解水的原理为:2H2O2H2↑+O2↑,氢氧燃料电池工作原理为:2H2+O2===2H2O。[实验探究]【微思考】(1)用惰性电极电解硫酸钠溶液时,为何实质上是电解水?(2)用石墨电极电解硫酸钠溶液时,滴加酚酞有何现象?提示

(1)用惰性电极电解硫酸钠溶液时,阳离子放电顺序为H+>Na+,H+在阴极得电子生成氢气,而阴离子放电顺序为OH->,OH-在阳极上失电子生成O2,故实际是电解水。(2)用石墨电极电解硫酸钠溶液时,阴极是水电离出的H+放电生成氢气,电极附近OH-浓度增大,阴极溶液呈碱性,使酚酞变红。[实验反思]1.实验注意事项:电解水时,选用硫酸钠溶液而不用蒸馏水,原因是硫酸钠溶液的导电性好,电解效率高。2.【微思考】氢氧燃料电池的优点有哪些?提示

氢氧燃料电池放电容量大,且产物是水,无污染。

随堂检测1.一种新型燃料电池,它以多孔镍板为电极,两电极插入KOH溶液中,向两极分别通入乙烷和氧气,其电极反应式为C2H6+18OH--14e-===2+12H2O,2H2O+O2+4e-

===4OH-。有关此电池的推断正确的是(

)A.电池工作过程中,溶液的pH逐渐减小B.正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为2∶7C.通入乙烷的电极为正极D.电解质溶液中的OH-向正极移动答案

A解析

电池总反应为2C2H6+7O2+8OH-===4+10H2O,故电池工作过程中,溶液的pH逐渐减小,A项正确;正、负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2,B项错误;通入乙烷的电极为负极,C项错误;电解质溶液中的OH-向负极移动,D项错误。2.瓦斯分析仪(如图甲)工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图乙所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述中正确的是(

)A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b流向电极aB.电极b是正极,O2-由电极a流向电极bC.电极a的电极反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2OD.当固体电解质中有1molO2-通过时,转移4mol电子答案

C解析

电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,A错误;电极b中氧气得电子,生成O2-,故O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B错误;甲烷所在的电极a为负极,电极反应为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O,C正确;1

mol

O2得4

mol电子生成2

mol

O2-,故当固体电解质中有1

mol

O2-通过时,转移2

mol电子,D错误。3.(2020山东东营高二月考)氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700℃),具有效率高、噪音低、无污染、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(

)A.电池工作时,熔融碳酸盐只起到导电的作用B.负极反应为H2-2e-+