4.1.2化學(xué)電源核心素養(yǎng)目標(biāo)1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：宏觀層面：學(xué)生能通過(guò)觀察不同化學(xué)電源的外觀、性能參數(shù)及實(shí)際使用效果，從宏觀角度區(qū)分各類電池的特點(diǎn)與適用場(chǎng)景。微觀層面：深入理解不同化學(xué)電源內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。2.變化觀念與平衡思想：動(dòng)態(tài)變化觀念：認(rèn)識(shí)化學(xué)電源在充放電過(guò)程中，物質(zhì)組成、電極反應(yīng)和能量狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化。能量轉(zhuǎn)化平衡思想：理解化學(xué)電源是化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，遵循能量守恒定律。同時(shí)，認(rèn)識(shí)到電池工作或充電過(guò)程中存在能量損耗，從能量轉(zhuǎn)化效率的角度分析不同電池的優(yōu)勢(shì)與局限，建立“化學(xué)能?電能+其他形式能量”的平衡思維。3.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：社會(huì)應(yīng)用意識(shí)：聯(lián)系化學(xué)電源在生活、工業(yè)、航天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以及廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害和回收處理技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生利用化學(xué)知識(shí)解決能源與環(huán)境問(wèn)題的社會(huì)責(zé)任感，樹(shù)立可持續(xù)發(fā)展理念。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)?1.常見(jiàn)化學(xué)電源的工作原理：掌握干電池、鉛蓄電池、鋰電池、氫氧燃料電池等典型電池的電極反應(yīng)、總反應(yīng)式及充放電過(guò)程，能從氧化還原角度分析正負(fù)極的反應(yīng)本質(zhì)。2.化學(xué)電源的性能特點(diǎn)與應(yīng)用：理解不同化學(xué)電源的優(yōu)勢(shì)、局限性及其與應(yīng)用場(chǎng)景的匹配關(guān)系。學(xué)習(xí)難點(diǎn)?1.新型化學(xué)電源的反應(yīng)機(jī)制：理解鋰離子電池中鋰離子的遷移原理、燃料電池中催化劑的作用機(jī)制等較為復(fù)雜的微觀過(guò)程。2.化學(xué)電源的能量轉(zhuǎn)化效率分析：從能量守恒和損耗角度，定量分析電池的理論能量與實(shí)際輸出能量的差異，解釋影響能量轉(zhuǎn)化效率的因素。課前導(dǎo)入手機(jī)和電動(dòng)汽車使用的電池有什么不同？為什么它們能滿足不同設(shè)備的用電需求？心臟起搏器需要長(zhǎng)期穩(wěn)定供電，哪種電池適合這類特殊場(chǎng)景？廢舊電池隨意丟棄會(huì)污染環(huán)境，如何從電池原理角度減少其危害？化學(xué)電源概述PART011.化學(xué)電源的類別及特點(diǎn)化學(xué)電源一次電池二次電池燃料電池又叫干電池，活性物質(zhì)消耗到一定程度，就不能繼續(xù)使用了，如鋅錳干電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源，如氫氧燃料電池2.化學(xué)電源的特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：（2）判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)：化學(xué)電源的優(yōu)點(diǎn)方便攜帶，易于維護(hù)能量轉(zhuǎn)化效率較高，供能穩(wěn)定可靠可制成各種形態(tài)、大小和容量不同的電池及電池組等主要標(biāo)準(zhǔn)比能量比功率電池可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少。單位為(W·h)/kg或(W·h)/L電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小。單位為W/kg或W/L一次電池PART02MnO2糊1.普通鋅錳電池鋅筒石墨棒NH4Cl糊普通鋅錳電池放電時(shí)發(fā)生的總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4Cl=Zn(NH3)2Cl+2MnO(OH)鋅錳干電池的電極反應(yīng)方程式。負(fù)極：————————————————正極：————————————————Zn+2NH3-2e-=[Zn(NH3)2]2+MnO2+NH4++e-=MnO(OH)+NH3特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜缺點(diǎn)：新電池會(huì)發(fā)生自動(dòng)放電，使存放時(shí)間縮短，放電后電壓下降較快。1.堿性鋅錳電池普通鋅錳電池放電時(shí)發(fā)生的總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)鋅錳干電池的電極反應(yīng)方程式。負(fù)極：————————————————正極：————————————————Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-特點(diǎn)：比普通鋅錳電池性能好，其比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間均有所提高。負(fù)極：————————————————正極：————————————————3.鋅銀電池（1）構(gòu)成一般用不銹鋼制成小圓盒形，盒內(nèi)靠正極殼一端填充由AgO和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極一端填充由鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，溶液兩邊為隔膜，將電極與電解液分開(kāi)。（2）電極反應(yīng)及電池總反應(yīng)Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－(pH↑)Zn＋2OH－－2e－===ZnO+H2O(pH↓)鋅銀電池的總反應(yīng)：3.鋅銀電池Zn＋Ag2O＋H2O===ZnO＋2Ag（3）特點(diǎn)：電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，適宜小電流連續(xù)放電。（4）用途：常制成紐扣式微型電池，廣泛應(yīng)用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器等。二次電池PART031.鉛酸蓄電池該類電池既可放電又可充電，放電時(shí)進(jìn)行自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，屬于原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；充電時(shí)反應(yīng)逆向進(jìn)行，屬于電解池，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。（1）結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池的構(gòu)造示意圖鉛酸蓄電池有兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋PbO2，負(fù)極板上覆蓋Pb，正、負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料隔開(kāi)，兩極均浸入稀H2SO4中，一般用硬橡膠或透明塑料制成外殼。1.化學(xué)電源的類別及特點(diǎn)（2）工作原理正負(fù)極材料正極：PbO2負(fù)極：Pb電解質(zhì)：H2SO4溶液①放電過(guò)程：Pb(s)+SO42--2e-=PbSO4(s)正極：PbO2(s)+4H++SO42-+2e-=PbSO4(s)+2H2O氧化反應(yīng)還原反應(yīng)負(fù)極：鉛酸蓄電池充放電時(shí)發(fā)生的總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O放電充電1.化學(xué)電源的類別及特點(diǎn)②充電過(guò)程：PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-

還原反應(yīng)陰極：陽(yáng)極：氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源正極PbSO4(s)+2H2O-2e-=PbO2(s)+4H++SO42-（3）特點(diǎn)及應(yīng)用鉛酸蓄電池電壓穩(wěn)定，使用方便，安全可靠，價(jià)格低廉；但其比能量低、笨重，隨意丟棄會(huì)污染環(huán)境。鉛酸蓄電池在生產(chǎn)、生活中使用廣泛，如鉛酸蓄電池多用于啟動(dòng)和維持汽車用電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.鋰離子電池（1）優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量小、體積小、儲(chǔ)存和輸出能量大等。（2）常見(jiàn)鋰離子電池的材料組成：負(fù)極材料正極材料電解質(zhì)溶液嵌鋰石墨（LixCy）鈷酸鋰（LiCoO2）六氟磷酸鋰(LiPF6)的碳酸酯溶液(無(wú)水)2.鋰離子電池（3）電極反應(yīng)式：負(fù)極LixCy放電：負(fù)極：正極：充電：陽(yáng)極：陰極：總反應(yīng)：Li+由石墨中脫嵌移向正極，嵌入LiCoO2晶體中LixCy

－xe－＝xLi++CyLi1-xCoO2+xe-+xLi+

＝LiCoO2Li+從LiCoO2晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中。Cy+xe－+xLi+＝LixCy

LiCoO2－xe-

＝Li1-xCoO2+xLi+

LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2＋Cy放電充電2.鋰離子電池（4）應(yīng)用：是多種便攜式電子設(shè)備（如智能手機(jī)、筆記本電腦等）和交通工具（如電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車等）的常用電池，還可以用于大型儲(chǔ)能電站等。鋰離子電池儲(chǔ)能電站交通工具燃料電池PART041.燃料電池（1）概念燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。（2）燃料電池的構(gòu)成、工作特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)①

燃料電池以還原劑(氫氣、煤氣、烴、肼、氦、甲醇等液體或氣體燃料)為負(fù)極反應(yīng)物，以氧化劑(一般是氧氣或空氣)為正極反應(yīng)物；由燃料極、空氣極和離子導(dǎo)體構(gòu)成。②

電極材料不參與氧化還原反應(yīng)，但一般具有較強(qiáng)的構(gòu)成催化活性，多采用多孔碳或多孔鎳、鉑、鈀等。1.燃料電池③

離子導(dǎo)體可以是電解質(zhì)溶液(堿性、酸性、中性)，也可以是固體電解質(zhì)或熔融鹽等。（3）工作特點(diǎn)還原劑和氧化劑不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是在工作時(shí)工作連續(xù)地由外部供給并在電極上進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排出，因此燃料電池能連續(xù)不斷地提供電能（4）優(yōu)點(diǎn)：能量利用效率高、可連續(xù)使用、污染少或無(wú)污染等2.氫氧燃料電池的工作原理氫氧燃料電池是一種高效、低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。氫氧燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，在不同酸堿性電解質(zhì)溶液中發(fā)生不同的反應(yīng)。（1）氫氧燃料電池——酸性電池總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O負(fù)極(Pt)：H2-2e-=2H+正極(Pt)：O2+4H++4e-=2H2OH+定向移動(dòng)到正極，在負(fù)極生成，在正極消耗（2）氫氧燃料電池——堿性電池總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O負(fù)極(Pt)：H2-2e-+2OH-=2H2O正極(Pt)：O2+2H2O+4e-=4OH-OH-定向移動(dòng)到負(fù)極，在正極生成，在負(fù)極消耗有效地防止電解質(zhì)溶液對(duì)外殼的腐蝕2.氫氧燃料電池的工作原理3.甲烷燃料電池正極：O2

+4e-+2H2O==3OH-負(fù)極：CH4

–8e-+10OH-==CO32-+7H2O總反應(yīng)：CH4+2O2==CO2+2H2O總反應(yīng)：CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O負(fù)極：CH4

–8e-+2H2O==CO2+8H+正極：O2

+4e-+2H2O==4OH-負(fù)極：CH4

–8e-+2H2O==CO2+8H+正極：O2

+4e-+4H+==2H2O總反應(yīng)：CH4+2O2==CO2+2H2O堿性條件下酸性條件下中性條件下隨堂測(cè)試1.下列有關(guān)化學(xué)電源的敘述錯(cuò)誤的是（

）A.燃料電池就是將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能B.電器中加入的干電池即使不使用，時(shí)間長(zhǎng)了也會(huì)放電完畢C.鉛蓄電池中的負(fù)極是填充PbO2的鉛板D.鉛蓄電池是可充電電池，充電時(shí)是使放電時(shí)的氧化還原反應(yīng)逆向進(jìn)行C隨堂測(cè)試2.環(huán)境監(jiān)察局常用“定電位”NOx傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)化工廠的氮氧化物氣體是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，其工作原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（

）A.“對(duì)電極”是負(fù)極B.“工作電極”上發(fā)生的電極反應(yīng)式為NO2＋2H＋－2e－===NO＋H2OC.傳感器工作時(shí)，H＋由“工作電極”移向“對(duì)電極”D.“對(duì)電極”的材料可能為活潑金屬鋅AD隨堂測(cè)試3.甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如下。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H＋)和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一電極后與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)式為2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。下列說(shuō)法不正確的是()A．右電極為電池正極B．負(fù)極電極反應(yīng)式為CH3OH＋H2O－6e－=CO2＋6H＋C．b處通入空氣，a處通入甲醇D．正極電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－D隨堂測(cè)試4.堿