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(共18张PPT)
化学电源
第1章 化学反应与能量转化
学习目标
01
能从宏观层面识别常见化学电源的类型、外形及应用场景，了解其性能特点；从微观角度理解化学电源内部电极反应中电子转移、离子迁移的过程，阐释化学电源工作原理。（宏观辨识与微观探析）
02
通过化学电源的实验现象、性能数据等证据，推理电极反应类型和产物；构建化学电源的认知模型，能运用该模型分析不同化学电源的工作机制，预测新情境下化学电源的性能。（证据推理与模型认知）
03
针对化学电源存在的问题，关注化学电源领域的前沿研究成果，尝试提出改进或开发新型化学电源的思路和方案，培养创新精神和实践能力。（科学探究与创新意识）
氢氧燃料电池
铅蓄电池
锌锰干电池
在生活中，你接触过这些电池吗？它们属于哪一类电池，你知道它们的工作原理及应用吗？
一、化学电源
概念
化学电源是将化学能转化为电能的实用装置
化学电源的分类
(1)化学电源按其使用性质常分为如下三类：
一次电池：又叫干电池，活性物质消耗到一定程度就不能再使用。
二次电池：又称可充电电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。
燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
(2)化学电源按其电解质性质可分为 中性电池、酸性电池、碱性电池。
电极反应方程式：
负极：
正极：
Zn – 2e- = Zn2+
2MnO2+2NH4++2e- =Mn2O3+2NH3↑+H2O
反应总的方程式
2MnO2+2NH4++ Zn=Mn2O3+2NH3↑+H2O+Zn2+
(1)酸性锌锰干电池
常见的锌锰干电池分为酸性和碱性两种
锌锰干电池
石墨电极
二氧化锰和炭黑
氯化铵和氯化锌
锌筒
+
-
一、化学电源
一、化学电源
常见的锌锰干电池分为酸性和碱性两种
锌锰干电池
(2)碱性锌锰干电池
负极(Zn)：Zn + 2OH- - 2e- = ZnO + H2O
正极(MnO2)：2MnO2 + 2H2O + 2e- = 2MnOOH + 2OH-
电池总反应：Zn + 2MnO2 + H2O = 2MnOOH + ZnO
锌粉和氢氧化钾
碱式氧化锰
碱式氧化锰
二氧化锰和石墨
优点：单位质量输出的电能多且储存时间长，
适用于大电流和连续放电。
一、化学电源
铅蓄电池
二氧化铅
铅
H2SO4 溶液
铅蓄电池的结构比较复杂，通常由若干个单电池串联而成。它以平行排列的铅、铅锑合金或铅钙合金栅板为主架，栅格中交替填充着铅和二氧化铅，电解质溶液为 H2SO4 溶液。
一、化学电源
铅蓄电池
Pb + SO42- - 2e- =PbSO4
正极：
PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- =PbSO4 + 2H2O
负极：
①放电过程(原电池)
铅蓄电池充电的反应是放电反应的逆过程
②充电过程(电解池)
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
PbSO4 + 2e- =Pb + SO42-
阴极：
阳极：
PbSO4 + 2H2O - 2e- = PbO2 + 4H+ + SO42-
（接电源负极）
（接电源正极）
一、化学电源
燃料电池
(1)特点：电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料。
(2)工作原理：将反应物分别不断地输入电池的两极，通过燃料(如氢气)在负极发生氧化反应、氧化剂(如氧气)在正极发生还原反应，实现一个相当于燃烧反应的电池反应，将化学能转化为电能。
一、化学电源
燃料电池
(3)常见类型：除了氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料电池的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。它可以使用不同的电解质如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸盐、固体电解质或质子交换膜等作为离子导体。
(4)优点：能量利用效率高、可连续使用、污染轻。
一、化学电源
活动·探究 —— 制作一个简单的燃料电池
实验目的
利用所给试剂和仪器设计装置并进行实验，通过该装置将下列反应产生的化学能转化为电能。
实验用品
KOH 溶液，稀硫酸，K2SO4 溶液，石墨棒；
长颈漏斗，U 形管，橡胶塞，导线，电流表，电源。
一、化学电源
确定负极
确定正极
构成闭合回路
负极反应物
负极材料
H2
O2
石墨
石墨
导线
KOH溶液
稀硫酸
K2SO4溶液
[思考]设计电池的基本思路是什么？
正极反应物
正极材料
电子导体
离子导体
一、化学电源
氢氧燃料电池
正极:O2 + 4H+ + 4e-＝2H2O ;
正极:O2 + 2H2O ＋4e-＝4OH- ;
负极:2H2+4OH- －4e-＝4H2O
负极:2H2 - 4e-＝4H+
总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O
B.碱性条件下工作原理：
总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O
A.酸性条件下工作原理：
一、化学电源
氢氧燃料电池
正极:
负极:
总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
燃料电池的规律
①燃料做负极，助燃剂氧气为正极
②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。
书写步骤：
（1）写出燃烧反应的化学方程式；
（2）根据电解液改写燃料电池总反应；
（3）写出正极的电极反应式;
（4）由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。
怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？
负极的电极反应式 = 燃料电池总反应式 - 正极的电极反应式。
一、化学电源
反馈训练
① H2SO4溶液：
总反应式：CH4+2O2 = CO2+2H2O
正极：O2＋4H＋＋4e－ = 2H2O
负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+
用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中，然后向两极分别通入CH4和O2，该电池的反应式：
② KOH溶液：
总反应式：CH4 + 2O2 + 2OH－ = CO32－+3H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－ = 4OH－
负极：CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O
反馈训练
甲醇燃料电池
（电解质为H2SO4 ）
电池总反应式：
正极：
负极：
CH3OH - 6e- + 8OH- ＝ CO32- + 6H2O
O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH-
2CH3OH +3O2 + 4OH-＝2CO32- +6H2O
甲醇燃料电池
（电解质为KOH）
电池总反应式：
正极：
负极：
CH3OH-6e-+H2O = CO2+6H+
O2+4e-+4H+ = 2H2O
2CH3OH+3O2 = 2CO2+4H2O
课堂小结
化学电源
锌锰干电池
铅蓄电池
燃料电池
酸性锌锰干电池
碱性锌锰干电池
放电过程
充电过程
特点
工作原理
常见类型
三种介质

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