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赵健
新人教版 化学 选择性必修1
化学反应原理
同学们好
欢迎来到化学课堂
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请你回忆！
回忆原电池由单液到双液的演变过程
名称 单液原电池 双液原电池 隔膜原电池
优点
缺点
电流强
1.能量转化率低
2.氧化剂与还原剂直接接触，寿命短
1.内阻大，电流弱
2.盐桥需要定期更换
1.能量转化率高
2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长
1.能量转化率高
2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长
3.内阻小，电流强
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生活中膜电池
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请你思考！
从原电池的发展过程你得到什么启示？
课本P75页
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电池的发展史
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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
负极 LixCy
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电池的发展史
第一节
原电池
第四章 化学反应与电能
赵健
第2课时 化学电源
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电池的发展史
结构简单的一次电池
01 一次电池
赵健
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一次电池
一次电池是放电后不可充电的电池
电解质溶液制成不流动胶状也叫干电池
普通锌锰干电池
碱性锌锰干电池
锌银电池—纽扣电池
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普通锌锰干电池
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
主要反应为：
Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)
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普通锌锰干电池
优点：结构简单、价格低廉。
缺点：会发生自放电,
不同时间后的普通锌锰干电池.
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碱性锌锰干电池
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已知该电池总反应为：
Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(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。
0
+4
+3
+2
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碱性锌锰干电池
写出电极反应式
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碱性锌锰干电池
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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。
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
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碱性锌锰干电池
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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。
电极反应式
正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O 2MnO(OH) + 2OH-
负极：Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2
总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2
0
+4
+3
+2
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锌银电池—纽扣电池
纽扣式银锌电池的总反应式为：Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2
电解质液为KOH溶液， 请写出的电极反应式。
正极反应式
负极反应式
Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2
Ag2O＋2e－＋H2O＝2Ag ＋2OH－
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练习
锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池
Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
①负极材料为____，电极反应为_________________。
②正极的电极反应为_______________________________。
锂
8Li－8e－===8Li＋
3SOCl2＋8e－===2S＋ ＋6Cl－
必须在无水、无氧的条件下组装锂金属电池，原因是构成电池的两个主要成份Li能和氧气水反应，且SOCl2也与水反应。
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请你思考！
一次电池存在什么问题？如何改进？
电压随着使用时间延长而下降
因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”，也即二次电池。
当电池使用一段使电压下降时，可以给它通以反向电流，使电池电压回升。
赵健
02 二次电池
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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。
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铅蓄电池
铅蓄电池的总反应式为：Pb＋PbO2＋H2SO4＝2PbSO4＋2H2O
电解质液为H2SO4溶液， 请写出的电极反应式。
负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4
正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O
氧化反应
还原反应
Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O
放电
充电
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镍氢电池
圆柱可充镍氢电池
方形可充镍氢电池
能量密度高；无镉污染，是一种绿色电池；可大电流快速充放电；电池工作电压为1.2V；在小型便携电子器件、电动工具、电动车辆和混合动力车上逐步得到应用。
H2 + 2NiOOH 2Ni(OH)2
放电
充电
总反应：
电解质液为KOH溶液， 请写出的电极反应式。
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镍氢电池
H2 + 2NiOOH 2Ni(OH)2
放电
充电
总反应：
电解质液为KOH溶液， 请写出的电极反应式。
正极：
负极：
放电
阳极：
阴极：
充电
H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O
2NiOOH +2 e- + 2H2O = 2Ni(OH)2 +2 OH-
2H2O +2 e- = H2 + 2OH-
2 Ni(OH)2 －2 e- + 2OH-= 2NiOOH +2 H2O
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锂电池
负极：Li - e- = Li+
正极：MnO2 + e- = MnO2-
总反应式：Li + MnO2 = LiMnO2
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锂电池的发展
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。
TiS2
Li+
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。
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锂电池的发展
放电总反应： Li + TiS2 = LixTiS2
Li
固体TiS2
隔膜
含Li+的
电解质溶液
：Li+
：e-
负极：x Li – x e- = x Li+
正极：TiS2 + x Li+ + x e- = LixTiS2
放电时Li+移向正极
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。
如何解决这个问题？
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锂电池的发展
如何解决这个问题？
锂枝晶
金属Li
增加隔膜的强度
抑制或阻碍锂枝晶的形成
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锂电池的发展
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。
2019年诺贝尔化学奖得主
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 。
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锂电池的发展
负极材料为金属Li，依然属于二次锂电池
放电时的总反应：
x Li + Li1-xCoO2 = LiCoO2
负极
Li
正极 固体LiCoO2
隔膜
电解质溶液
：Li+
：e-
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锂电池的发展
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。
负极 LixCy
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。
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锂电池的发展
北京时间10月9日下午5点45分，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2019年度诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校John B. Goodenough教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校M.stanley Whittlingham教授和日本化学家Akira Yoshino，以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。
03 锂离子电池
赵健
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锂离子电池
锂离子电池中不含有金属态的锂，它是把锂离子嵌入碳（石油焦炭/石墨）中形成负极。 锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。
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锂离子电池
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锂离子电池工作原理示意图
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锂离子电池
负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6 )
正极材料：钴酸锂(Li1-xCoO2)
电解液：锂导电有机电解液
总反应：
正极：
负极：
放电
阳极：
阴极：
充电
LixC6 +Li1-xCoO2 LiCoO2＋6C
放电
充电
LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2
6C+xe－+xLi+＝LixC6
LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
Li+由石墨中脱嵌移向正极，嵌入LiCoO2晶体
Li+从LiCoO2晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中
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练习
磷酸铁锂系锂离子电池：
负极：
正极：
放电
充电
阴极：
正极：
LixC6+ Li1-xFePO4 6C+LiFePO4
放电
充电
6C +xLi+ + xe- ＝ LixC6
LiFePO4 － xe-＝Li1-xFePO4 + xLi+
LixC6 － xe- ＝ xLi+ + 6C
Li1-xFePO4 + xe- + xLi+ ＝ LiFePO4
总反应：
请写出的电极反应式
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04 燃料电池
赵健
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燃料电池
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燃料电池
利用下面反应，设计能够连续提供电能的原电池。
2H2 + O2 2H2O
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。
氢氧燃料电池
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。
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燃料电池
氢氧燃料电池
正极:
O2
负极：
燃料
酸性电解质
溶液：H2SO4
H+
稀
硫
酸
正极：
负极：
2H2 – 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
总反应：
2H2 + O2 = 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。
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氢氧燃料电池
Na2SO4溶液
总反应式
正极
负极
2H2＋O2 ＝ 2H2O
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氢氧燃料电池
H2SO4溶液
总反应式
正极
负极
2H2＋O2 ＝ 2H2O
4H＋＋4OH－＝4H2O
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氢氧燃料电池
总反应式
正极
负极
2H2＋O2 ＝ 2H2O
KOH溶液
2H＋＋2OH－＝2H2O
H2＋2OH－－2e－＝2H2O
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氢氧燃料电池
写出H2SO4为电解质溶液的氢氧燃料电池的总反应式和电极反应式
写出KOH为电解质溶液的氢氧燃料电池的总反应式和电极反应式
总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O
负极：
正极：
O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O
负极：
正极：
H2 －2e- ＝2H+
2H2 －4e- ＝4H+
H2 -2e- +2OH- ＝2H2O
2H2 －4e- ＝4H+
2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O
2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O
O2 +4e- +2H2O ＝4OH-
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练习
CH4 +10OH- －8e- = CO32-+7H2O
CH4 + 2O2 +2OH- =3H2O+ CO32-
2O2+8e-+4H2O = 8OH-
写出甲烷燃料电池（CH4-O2-KOH溶液）的电极反应式
负极：
正极：
总反应:
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1、一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：
2C2H6 +7O2+8KOH=4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是( )
A．正极反应为14H2O+7O2+28e-=28OH-
B．放电一段时间后，负极周围的pH升高
C．每消耗1 mol C2H6 ，则电路上转移的电子为28 mol
D．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
A
练习
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2. （2020.金考卷.高考模拟）随着人类环保意识的增强，新能源汽车有了长足的发展，锂离子电池被广泛使用，其充、放电过程就是锂离子的嵌入和脱嵌的过程，电池反应为Li1-xMO2 +C6Li LiMO2 +C6Li1-x (M代表过渡元素，x<1)，其工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A ．该电池总反应为可逆反应
B ．电池放电时a为负极，充电时a为阴极
C ．该电池充、放电时会有金属锂生成，电解液中一定不能有水
D ．电池充电时阴极的电极反应式为C6Li1-x +xLi+ + xe- == C6Li
D

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