人教版高中化学 第四章 电化学基础 4.2 化学电源课件 新人教选修4.ppt

第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源2021/8/9 星期一1氧化还原氧化还原电能电能电极材料电子流向反应类型组 成 负 极 正 极 电解质相对活泼相对活泼的金属的金属流出电子流出电子氧化反应氧化反应酸酸、碱、碱或盐的或盐的溶液溶液相对不活泼的相对不活泼的金属金属（或能导（或能导电的非金属）电的非金属）流入电子流入电子还原反应还原反应 2021/8/9 星期一2一、化学电池一、化学电池将将 转化为转化为电能电能的装置。的装置。1 1分类分类化学能化学能2021/8/9 星期一3 2优点优点 具有具有 高，供能稳定可靠，使用方便，高，供能稳定可靠，使用方便，易于维护等优点。易于维护等优点。3判断电池优劣的主要标准判断电池优劣的主要标准 (1)比能量：即单位质量和单位体积所能输出电能的比能量：即单位质量和单位体积所能输出电能的多少，单位多少，单位“(Wh)/kg”或或“(Wh)/L”。(2)比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位大小，单位“W/kg”或或“W/L”。(3)电池电池 的长短。的长短。能量转化率能量转化率可储存时间可储存时间2021/8/9 星期一4二、几种常见的化学电池二、几种常见的化学电池1一次电池一次电池(1)碱性锌锰电池：碱性锌锰电池：构造：构造：2021/8/9 星期一5组成：组成：正极：正极：；负极：；负极：；电解质：；电解质：。工作原理：工作原理：负极反应：负极反应：；正极反应：正极反应：；总反应：总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。MnO2ZnKOHZn2OH2e=Zn(OH)22MnO22e2H2O=2MnOOH2OH2021/8/9 星期一6(2)银锌电池：银锌电池：构造：构造：2021/8/9 星期一7组成：负极：组成：负极：，正极：，正极：，电解质：，电解质：。工作原理：工作原理：负极反应：负极反应：；正极反应：正极反应：；电池反应：电池反应：。ZnAg2OKOHZn2OH2e=Zn(OH)2Ag2O2eH2O=2Ag2OHZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag2021/8/9 星期一82二次电池二次电池(以铅蓄电池为例以铅蓄电池为例)(1)构造：构造：2021/8/9 星期一9 (2)组成：正极：组成：正极：；负极：；负极：；电；电解质：解质：。(3)工作原理：工作原理：铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。分为放电和充电两个过程。PbO2H2SO4溶液溶液Pb2021/8/9 星期一10放电过程的电极反应、总反应：放电过程的电极反应、总反应：负极：负极：；正极：正极：；总反应：总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。2021/8/9 星期一11充电过程的电极反应、总反应：充电过程的电极反应、总反应：阴极：阴极：(还原反应还原反应)；阳极：阳极：(氧化反应氧化反应)；总反应：总反应：2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4。2021/8/9 星期一12讨论铅蓄电池放电时，讨论铅蓄电池放电时，PbSO4只在负极上生成只在负极上生成吗？吗？答案：答案：不是，正极和负极上均生成不是，正极和负极上均生成PbSO42021/8/9 星期一13 人造卫星用到的一种高能电池人造卫星用到的一种高能电池银锌电池，其电极反应银锌电池，其电极反应为：为：Zn2OH2e=Zn(OH)2，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。根据反应式判断氧化银是。根据反应式判断氧化银是()A负极被氧化负极被氧化 B正极被还原正极被还原C负极被还原负极被还原 D正极被氧化正极被氧化B分析：分析：银锌电池放电时，银锌电池放电时，Ag2O得到电子被还原为得到电子被还原为Ag，故，故Ag2O作电池的正极。作电池的正极。2021/8/9 星期一141 1一般电极反应式的书写一般电极反应式的书写2021/8/9 星期一152021/8/9 星期一162021/8/9 星期一17 例例11(2011(2011安徽高考安徽高考)研究人员最近发明了一种研究人员最近发明了一种“水水”电池，电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：中电池总反应可表示为：5MnO5MnO2 22Ag2Ag2NaCl=Na2NaCl=Na2 2MnMn5 5O O10102AgCl2AgCl。下列。下列“水水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A A正极反应式：正极反应式：AgAgClCle e=AgCl=AgClB B每生成每生成1 mol Na1 mol Na2 2MnMn5 5O O1010转移转移2 mol2 mol电子电子C CNaNa不断向不断向“水水”电池的负极移动电池的负极移动D DAgClAgCl是还原产物是还原产物B2021/8/9 星期一18 解析解析分析元素化合价变化，推知分析元素化合价变化，推知“水电池水电池”中中Ag失去电子，作负极，电极反应式为失去电子，作负极，电极反应式为AgeCl=AgCl，AgCl应为氧化产物；应为氧化产物；MnO2得到电子作正极，得到电子作正极，根据得失电子守恒，每生成根据得失电子守恒，每生成1 mol Na2Mn5O10转移转移2 mol电子；原电池工作过程中，阳离子电子；原电池工作过程中，阳离子(Na)应向正极应向正极运动。运动。2021/8/9 星期一193 3燃料电池燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例以酸性氢氧燃料电池为例)工作原理：工作原理：负极反应：负极反应：；正极反应：正极反应：；电池反应：电池反应：。H22e=2H2021/8/9 星期一203下列化学电源属于绿色电池的是下列化学电源属于绿色电池的是()A干电池干电池 B镍镉电池镍镉电池C锌锰电池锌锰电池 D氢氧燃料电池氢氧燃料电池D解析：解析：干电池、镍镉电池、锌锰电池都含有一些毒性很强的干电池、镍镉电池、锌锰电池都含有一些毒性很强的重金属，会给土壤、水源造成严重的污染，并通过食物链给重金属，会给土壤、水源造成严重的污染，并通过食物链给人体健康造成威胁和危害。人体健康造成威胁和危害。2021/8/9 星期一215 5科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电，电池的负极反应式为解质的燃料电池发电，电池的负极反应式为 。分析：分析：该燃料电池中该燃料电池中H2失去电子，产生失去电子，产生H，因此通，因此通H2的电极为负极，由于该电池用的电极为负极，由于该电池用H3PO4作电解质，故作电解质，故负极反应式为负极反应式为H22e=2H。H22e=2H2021/8/9 星期一22 1工作原理工作原理 (1)以以H2、烃、醇、肼作燃料在负极上失电子发、烃、醇、肼作燃料在负极上失电子发生氧化反应，以空气或生氧化反应，以空气或O2作氧化剂在正极上得到电作氧化剂在正极上得到电子，连续不断的把燃料和氧化剂中的化学能转化为子，连续不断的把燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。电能。(2)所用电极一般为惰性电极。所用电极一般为惰性电极。(3)所用电解质为酸所用电解质为酸(或碱或碱)、熔融氧化物、熔融氧化物(或熔融或熔融盐盐)等。等。其他燃料电池：其他燃料电池：2021/8/9 星期一232应用实例应用实例(1)氢氧燃料电池：氢氧燃料电池：电解质电解质负极反应负极反应正极反应正极反应总反应式总反应式酸性电解酸性电解质质2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O碱性电解碱性电解质质2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2O2021/8/9 星期一242021/8/9 星期一252021/8/9 星期一262021/8/9 星期一272021/8/9 星期一28 例例2科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料。下列对该燃料电池的说法不正确的是电池的说法不正确的是 ()A在熔融电解质中，在熔融电解质中，O2由负极移向正极由负极移向正极 B该电池的总反应是：该电池的总反应是：C3H85O2=3CO24H2O C电路中每通过电路中每通过5 mol电子，约有电子，约有5.6 L标准状况下的丙烷标准状况下的丙烷 被完全氧化被完全氧化 D通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为：通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为：C3H820e10O2=3CO24H2OA2021/8/9 星期一29 解析解析该燃料电池的化学反应原理是：该燃料电池的化学反应原理是：C3H85O2=3CO24H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：极为负极：C3H820e10O2=3CO24H2O，C正正确；通入确；通入O2的电极为正极：的电极为正极：O24e=2O2，产生的，产生的O2将向负极移动，将向负极移动，A项错。项错。2021/8/9 星期一30 书写燃料电池电极反应式的方法书写燃料电池电极反应式的方法 (1)(1)电池的负极反应物是还原性物质，失去电子发生氧化反电池的负极反应物是还原性物质，失去电子发生氧化反应。电池的正极反应物是氧化性物质，得到电子发生还原反应。应。电池的正极反应物是氧化性物质，得到电子发生还原反应。(2)(2)写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，电解质溶写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，电解质溶液的酸碱性如何，其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离液的酸碱性如何，其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应。子相对应。(3)(3)正、负两极的电极反应式在得失电子相等时相加，所得正、负两极的电极反应式在得失电子相等时相加，所得电池反应必是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠电池反应必是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。加反应式。2021/8/9 星期一31 熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔融盐混合物作电解质，的熔融盐混合物作电解质，COCO为阳为阳极燃气，空气与极燃气，空气与COCO2 2的混合气体为阴极助燃气，制得在的混合气体为阴极助燃气，制得在650650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：阳极反应式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO4CO2 2+4e+4e-阴极反应式：阴极反应式：_ 总电池反应式：总电池反应式：_练习与巩固练习与巩固2CO+O2CO+O2 2 =2CO=2CO2 2O O2 2+2CO+2CO2 2+4e+4e-=2CO2CO3 32-2-2021/8/9 星期一32(1)(1)燃料电池是连续不断的将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的装置。燃料电池是连续不断的将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的装置。(2)(2)铅蓄电池放电时，正、负两极均消耗铅蓄电池放电时，正、负两极均消耗H H2 2SOSO4 4，因此两极区域均生成，因此两极区域均生成PbSOPbSO4 4，H H2 2SOSO4 4的浓度降低。的浓度降低。(3)(3)二次电池充、放电的区别与联系：二次电池充、放电的区别与联系：注意：注意：(4)(4)书写燃料电池的电极反应式时，要特别注意电解质溶液的酸碱性。碱性书写燃料电池的电极反应式时，要特别注意电解质溶液的酸碱性。碱性电池，电极反应式不出现电池，电极反应式不出现H H；酸性电池，电极反应式不出现；酸性电池，电极反应式不出现OHOH。2021/8/9 星期一33