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高中化学沪科技版（2020）选择性必修1第4章 氧化还原反应和电化学4.2原电池和化学电源化学电源——电池试讲课ppt课件
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这是一份高中化学沪科技版（2020）选择性必修1第4章 氧化还原反应和电化学4.2原电池和化学电源化学电源——电池试讲课ppt课件，文件包含422原电池和化学电源化学电源pptx、422原电池和化学电源化学电源分层练习-原卷版docx、422原电池和化学电源化学电源分层练习解析版docx等3份课件配套教学资源，其中PPT共31页， 欢迎下载使用。
1.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。2.充分利用铅蓄电池、氢氧燃料电池等案例素材，提高对原电池工作原理的认识。3.学会制作简单的燃料电池。
化学电源按其反应原理分类：
普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池
又称为充电电池或蓄电池，铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池。
普通锌锰干电池的构造示意图
碱性锌锰电池的构造示意图
碱性干电池比普通干电池性能好，单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电，是普通干电池的升级换代产品。
碱性锌锰干电池总反应式：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
MnO2＋H2O＋e－===MnOOH ＋OH－
碱性锌锰干电池的电压为 1.5 V，在生产、生活中应用非常广泛，如作为手电筒、遥控器、玩具汽车、电动剃须刀、钟表等的工作电源。但废弃电池中的化学品会污染环境，在垃圾分类中应作为“有害垃圾”处置。
随着信息技术的发展，为了适应移动通信、便携式电脑和各种电子产品等的广泛使用，科研工作者不断研制出小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。
二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此二次电池可以多次重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池。
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
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。
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。
Pb+SO4 2--2e-=PbSO4
PbO2+SO42-+4H++2e- =PbSO4+ 2H2O
放电过程中，负极质量的变化是 ，电解质溶液pH的变化是 。
阴极(发生还原反应)：
PbSO4＋2e－===Pb＋SO42-
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42-
充电时，铅蓄电池阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连。
铅酸蓄电池的电压稳定，单格电压为 2.0 V，使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中广泛使用，如电动自行车、机动车的工作电源。
铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重、保养要求严格，废弃后易污染环境。
充电时，正极材料发生氧化反应，Li+ 从正极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达负极发生还原反应，插入层状石墨中，负极由贫锂状态到富锂状态。
负极：层状石墨材料正极：含锂的化合物
锂离子电池的工作原理示意图
电池总反应：LixC6＋Li(1-x)CO2=LiCO2＋6C
以钴酸锂-石墨锂电池为例
Li(1－x)CO2＋xLi＋＋xe－=LiCO2
LixC6－xe－=6C＋xLi＋
以石墨烯材料替代层状石墨材料的石墨烯锂离子电池，具有导电性能高、充电快速、耐高温和低温性能好的特点。石墨烯是一种由碳原子以 sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
锂离子电池具有体积小、能量密度高、工作温度范围宽、使用寿命长等优点；但成本较高、耐高温性较差、需防止被过充放电、存在自燃的危险。
燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。
2022北京冬奥会氢能源用车
氢燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂金属做电极，质子交换膜（只允许 H+ 通过的高聚物）做电解质，提供离子通道。
氢氧燃料电池（碱性介质）
电解质溶液：氢氧化钾溶液
电池总反应： 2H2 + O2 = 2H2O
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性溶液电极反应式不能出现H＋
2H2 - 4e- === 4H+
O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O
氢氧燃料电池（酸性介质）
电池总反应： 2H2 + O2 =2 H2O
酸性溶液电极反应式不能出现OH－
在有水的条件下，液态甲醇在负极上被氧化，产生二氧化碳和氢离子并流出电子；氢离子经过质子交换膜，在正极上与氧气和流入的电子反应生成水。
CH3OH+H2O- 6e- === 6H+ +CO2
3O2 + 12H+ + 12e- === 6H2O
电池总反应： 2CH3OH + 3O2 === 2CO2+ 4H2O
1.锌电池具有价格便宜、比能量大、可充电等优点。一种新型锌电池的工作原理如图所示（凝胶中允许离子生成或迁移）。下列说法正确的是（ ）
1.甲醇燃料电池是目前应用比较广泛的一种燃料电池，其工作原理如图所示：
下列说法正确的是（ ）
2、O2辅助的Al－CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2（C2O4）3是重要的化工原料。电池的负极反应式： ，电池的正极反应式： ，反应过程中O2的作用是 ，该电池的总反应式： 。
1.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。2.充分利用铅蓄电池、氢氧燃料电池等案例素材，提高对原电池工作原理的认识。3.学会制作简单的燃料电池。
化学电源按其反应原理分类：
普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池
又称为充电电池或蓄电池，铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池。
普通锌锰干电池的构造示意图
碱性锌锰电池的构造示意图
碱性干电池比普通干电池性能好，单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电，是普通干电池的升级换代产品。
碱性锌锰干电池总反应式：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
MnO2＋H2O＋e－===MnOOH ＋OH－
碱性锌锰干电池的电压为 1.5 V，在生产、生活中应用非常广泛，如作为手电筒、遥控器、玩具汽车、电动剃须刀、钟表等的工作电源。但废弃电池中的化学品会污染环境，在垃圾分类中应作为“有害垃圾”处置。
随着信息技术的发展，为了适应移动通信、便携式电脑和各种电子产品等的广泛使用，科研工作者不断研制出小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。
二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此二次电池可以多次重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池。
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
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。
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。
Pb+SO4 2--2e-=PbSO4
PbO2+SO42-+4H++2e- =PbSO4+ 2H2O
放电过程中，负极质量的变化是 ，电解质溶液pH的变化是 。
阴极(发生还原反应)：
PbSO4＋2e－===Pb＋SO42-
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42-
充电时，铅蓄电池阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连。
铅酸蓄电池的电压稳定，单格电压为 2.0 V，使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中广泛使用，如电动自行车、机动车的工作电源。
铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重、保养要求严格，废弃后易污染环境。
充电时，正极材料发生氧化反应，Li+ 从正极脱嵌，经过电解液，穿过隔膜，到达负极发生还原反应，插入层状石墨中，负极由贫锂状态到富锂状态。
负极：层状石墨材料正极：含锂的化合物
锂离子电池的工作原理示意图
电池总反应：LixC6＋Li(1-x)CO2=LiCO2＋6C
以钴酸锂-石墨锂电池为例
Li(1－x)CO2＋xLi＋＋xe－=LiCO2
LixC6－xe－=6C＋xLi＋
以石墨烯材料替代层状石墨材料的石墨烯锂离子电池，具有导电性能高、充电快速、耐高温和低温性能好的特点。石墨烯是一种由碳原子以 sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
锂离子电池具有体积小、能量密度高、工作温度范围宽、使用寿命长等优点；但成本较高、耐高温性较差、需防止被过充放电、存在自燃的危险。
燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。
2022北京冬奥会氢能源用车
氢燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂金属做电极，质子交换膜（只允许 H+ 通过的高聚物）做电解质，提供离子通道。
氢氧燃料电池（碱性介质）
电解质溶液：氢氧化钾溶液
电池总反应： 2H2 + O2 = 2H2O
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性溶液电极反应式不能出现H＋
2H2 - 4e- === 4H+
O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O
氢氧燃料电池（酸性介质）
电池总反应： 2H2 + O2 =2 H2O
酸性溶液电极反应式不能出现OH－
在有水的条件下，液态甲醇在负极上被氧化，产生二氧化碳和氢离子并流出电子；氢离子经过质子交换膜，在正极上与氧气和流入的电子反应生成水。
CH3OH+H2O- 6e- === 6H+ +CO2
3O2 + 12H+ + 12e- === 6H2O
电池总反应： 2CH3OH + 3O2 === 2CO2+ 4H2O
1.锌电池具有价格便宜、比能量大、可充电等优点。一种新型锌电池的工作原理如图所示（凝胶中允许离子生成或迁移）。下列说法正确的是（ ）
1.甲醇燃料电池是目前应用比较广泛的一种燃料电池，其工作原理如图所示：
下列说法正确的是（ ）
2、O2辅助的Al－CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2（C2O4）3是重要的化工原料。电池的负极反应式： ，电池的正极反应式： ，反应过程中O2的作用是 ，该电池的总反应式： 。
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