选修4 第四章《化学电源》.pptx

1、第四章 电化学基础,第二节 化学电源第一课时,用途广泛的化学电池,用于汽车的铅蓄电池和燃料电池,用途广泛的化学电池,用于“神六”的太阳能电 池,笔记本电脑专用电池,手机专用电池,摄像机专用电池,扣电,各式各样的纽 池,小型高性能 燃料电池,阅读教材P74后思考：,1、目前化学电池主要分哪几大类？分别有 哪些代表？2、化学电池与其它能源相比有哪些优点？3、判断电池的优劣标准主要是什么？,化 学 电 池,一次电池,二次电池,燃料电池 氢气、甲醇、天然气、煤气与氧 气组成燃料电池,普通干电池,碱性锌锰电池 锌银纽扣电池 铅蓄电池锌银蓄电池 镍镉电池 锂离子电池,1、目前化学电池主要分哪几大类？,2.

2、化学电池与其它能源相比有哪些优点？,能量转换效率高供能稳定可靠可以制成各种型号的电池使用方便，易于维护，并可在各种 环境下工作。,3.判断电池的优劣标准主要是什么？,比能量的大小；指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比功率的大小;指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小存储时间的长短。,一、一次电池-干电池,1.锌锰电池：使用最早的化学电池。干电池用锌制桶形外壳作负极，位 于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉 作电解质溶液，还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的气体。负极：锌筒 Zn 2e Zn2正极：碳棒2MnO2 2e2NH4 2NH32MnO

3、OH氢氧化氧锰,碱性锌锰电池构造碱性电池,2、碱性锌锰电池,正极：MnO2,负极：Zn,电极反应：负极：氧化反应Zn2e-2OH-=Zn(OH)2正极：还原反应,2MnO22e-2H2O=2MnOOH2OH-总反应：Zn 2MnO2 2H2O Zn(OH)2 2MnOOH,电解质：KOH,3.锌银电池,负极：ZnZn 2e 2OH ZnO H2O正极：Ag2OAg2O 2e H2O 2Ag 2OH电解质：KOH 总反应：Zn Ag2O ZnO 2Ag,4、锂电池,锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：8Li-8e-=8Li+；,。,正极：

4、3SOCl2+8e-=6Cl-+SO3+2S2-,用途：质轻、高能、高工作效率、高稳定电压、工作 温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。,阅读P76了解铅蓄电池的充电原理及铅蓄电池 的优缺点。,二、二次电池-蓄电池,充电,放电过程（原电池）负极 Pb：Pb-2e-+SO4=PbSO42-正极 PbO2：电解质：H2SO4 PbO2+2e-+4H+SO4=PbSO4+2H2O2-电池总反应：放电Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,1、铅蓄电池,充电过程（放电过程的逆反应）阴极：还原反应,PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO4(aq)2-阳极：氧化反应PbSO4(s)

5、-2e-+2H2O(l)=PbO2(s)+4H+(aq)+SO4(aq)2-充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),铅蓄电池的优缺点简析：缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境 优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离 子电池、聚合物锂离子蓄电池,铅蓄电池的充放电过程：,2PbSO4(s)+2H2O(l),Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),充电 放电,银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，,它的充电和放电过程可以表示为：,2Ag+Zn(OH)2,Ag2O+Zn+

6、H2O,充电 放电,此电池放电时，负极上发生反应的物质是（D）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,2、银锌蓄电池,3、镉镍电池,写出电极反应式：,负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,电解质：KOH溶液,镍镉可充电电池可发生如下反应：,2,Cd+2NiO(OH)+2H O,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,放电,充电,D.Ni(OH)2,由此可知，该电池的负极材料是（A

7、）,A.CdB.NiO(OH)C.Cd(OH)2负极材料：Cd正极材料：,涂有NiO(OH),练习1碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得 到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，总反应式为：,Zns2MnO2sH2OlZnOH,2,sMn2O3,外电路中每通过02mol电子，锌的质量理论上减小,2MnO2s2eH2OlMn2O3s2OH C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D65g,下列说法错误的是（C）电池工作时，锌失去电子电池正极电极反应式为：,练习21991年我国首创以铝、空气、海水电池为 能源的新型海水标志灯已经研制成功。该灯以 海水为电解质溶液，靠空气中氧使

8、铝不断氧化 产生电流。只要把灯放入海水中数分钟就发出 耀眼的闪光，其能量比干电池高20到50倍。运 用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可 能发生的电极反应。,负极 正极,4Al-12e-=4Al3+3O2+12e-+6H2O=12OH-,电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe电池放电时，负极反应为Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2-2e-+2OH-=Ni2O3+3H2O,(2011全国)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总 反应为：Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有

9、关该电池的说法不正确的是（C）,练习3,Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化 合价为+1价该电池的电池反应式为：2Li+FeSLi2S+Fe负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S+Fe-2e-=2Li+FeS,（2010浙江）Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li+2e-+FeS Li2S+Fe有关该电池的下列中，正确的是（B）,练习4,第四章 电化学基础,第二节 化学电源,第二课时燃料电 池,复习与思考,1、什么叫电池？什么是化学电源？电池是一种能量转化与储存的装置，它通过反应将化 学能或物理能

10、转化为电能。化学电源是将化学能直接转化为电能的一种装置。2、什么是一次电池？什么是二次电池？它们各有何 优缺点？一次电池就是一次性使用的电池。一次电池的活性物质消耗到一定程度，就不能再使用了。二次电池又称充电电池或蓄电池。放电后可以再充电 使活性物质获得再生。一次电池使用方便。但功率不大、只能使用一次，累计使用价格较贵、废旧电池污染环境。二次电池能量远比一次电池高，可反复使用，价格较 便宜。废旧电池污染环境。,思考与探究,请将2H2+O2=2H2O的反应设计成原 电池。写出电极反应式（分别在酸性电解质 和碱性电解质中），并画出装置图。,极(Pt)：,负正 电,2H2-4e-=4H+,氢氧燃料电

11、池酸性电解质：,极(Pt)：O2+4H+4e-=2H2O池总反应：2H2+O2=2H2OH+碱性电解质：负极(Pt)：2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极(Pt)：O2+2H2O+4e-=4OH-电池总反应：2H2+O2=2H2O,介质电池反应 2H2+O2=,2,负 极正 极,2H2-4e-+2O2=2H2O,O2+4e-=2O2,负 极正2H2-4e-=4H+极,固体电解质的2H氢O氧燃料电池,O2+4e-+4H+=2H2O,-,-,-,-,-,-,将铂丝插入KOH溶液作 电极，然后向两个电极上分 别通入甲烷和氧气，可以形 成原电池。,Pt,CH4,O2,KOH,CH4燃料电池模拟负极

12、(Pt)：CH4-8e-+10OH-CO3+7H2O2-正极(Pt)：O2+4e-+2H2O 4OH-电池总反应：CH4 2O22KOH K2CO3 3H2O,甲烷燃料电池,熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而 受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物 作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气 为正极燃气，制得在65下工作的燃料电池，完 成有关的电池反应式：,负极反应式：正极反应式：总反应式：,2CO-4e-+2CO3=4CO22-O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2,熔融盐燃料电池,燃料电池的构成和优点,构成 燃料：氢气、天然气、甲醇等燃料 氧化剂

13、：氧气、空气等电解质：酸、碱、熔融碳酸盐、固体氧化物等电极：电极材料一般为活化电极，具有很强的催化 活性，如铂电极、活性碳电极等，本身不参加反应，不 包含活性物质，只是一个催化转化元件。优点 1、转化率高。目前燃料电池的能量转化率可达近80%约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太 多。2、污染小。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物 等废气污染都接近零；被人们誉为“绿色”发电站。3、能连续工作：氧化剂与还原剂在工作时不断补 充，反应产物不断排出。,1、燃料电池的两个电极一般不参加反应，反应的 是通到电极上的燃料和氧气。可燃性气体一定在电池的 负极上失电子，发生氧化反应；氧气一定在正极

14、上得到 电子，发生还原反应。2、负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还 原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的C在酸性溶液 中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO3 形式存在）；23、遵循电荷守恒，得失电子守恒，原子守恒。4、正负电极的电极反应式在得失电子守恒的条件下，相加后为电池的总反应总式。,燃料电池的反应特点,氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方 便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往 是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出 将图中氢气换成乙烯时所构成的乙烯燃料电池中,此时电池内总的反应式：,KOH溶液,H,2,O2,2,H O,ab,a极的电极反应式：C2H4+16OH-12

15、e-=2CO3+10H2O2-,C2H4+3O2+4KOH=2K2CO3+4H2O,b极的电极反应式：3O2+12e-+6H2O=12OH-,练习1,用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向 两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池燃 料电池，该电池放电时发生的反应为 CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O，下列说法错误的是 C,()A、通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B、放电时，通入O2一极附近溶液的pH升高 C、放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化D、通甲烷极的电极反应式是CH+10OH-8e-=CO 2-+7H O,练习2,练习3,一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插

16、,入KOH溶液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极反应式为 C2H6+18OH-14e-=2CO3+12H2O、2-7H2O+7/2O2+14e-=14OH-，有关此电池的推断正确 的是（B）A、通氧气的电极为负极B、参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7:2C、放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变D、电解质溶液中，OH-向正极移动,练习4,肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，,可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN2H4在 氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25 时），N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是N2H4(l)O2(g)N2(g)2H2O(l)H624kJ/mol。肼空气燃料电池，电解质溶液是20%30%的KOH溶液。肼空气燃料电池放电时：正极 的电极反应式是O22H2O4e-4OH-。负极的电极反应式是。N2H44OH-4e-4H2ON2,化学电池的组成：负极、正极、电解,质1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：M-xe-=Mx+正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属2、两个电极均参与反应的原电池（如蓄电池）电极材料：金属为负极，