人教版高中化学 第2节 化学电源课件 新人教选修4.ppt

第四章 电化学基础第二节 化学电源2021/8/9 星期一1学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪在日常生活和学习中，你用过哪些电池些电池？其中有哪些属于化学电池其中有哪些属于化学电池?你知道电你知道电池的其它应用吗？池的其它应用吗？电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器转变生的热能通过热电转换器转变为电能的装置为电能的装置2021/8/9 星期一2用途广泛的电池用途广泛的电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池2021/8/9 星期一3用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池各各式式各各样样的的纽纽扣扣电电池池小型高性能小型高性能燃料电池燃料电池 2021/8/9 星期一4阅读教材阅读教材P74页并回答问题：页并回答问题：1 1、化学电池与其它能源相比有哪些优点？、化学电池与其它能源相比有哪些优点？2 2、判断电池的优劣标准主要是什么？、判断电池的优劣标准主要是什么？3 3、目前化学电池主要分哪几大类？、目前化学电池主要分哪几大类？能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便，易大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作于维护，并可在各种环境下工作单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即比能量的比能量的大小大小；输出功率的大小即；输出功率的大小即比功率的大小比功率的大小以及电池的存储以及电池的存储时间的长短。时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。2021/8/9 星期一5化化学学电电池池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池氢气、甲醇、天氢气、甲醇、天然气、煤气与氧然气、煤气与氧气组成燃料电池气组成燃料电池铅蓄电池铅蓄电池锌银蓄电池锌银蓄电池镍镉电池镍镉电池锂离子电池锂离子电池普通干电池普通干电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池 电池中的反应物质电池中的反应物质消耗到一定程度，就不能再次消耗到一定程度，就不能再次利用。利用。又称充电电池或蓄又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复恢复工作能力，可多次重复使用。使用。是一种连续地将燃是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称化成电能的化学电源，又称连续电池。连续电池。2021/8/9 星期一6一、一次电池干电池干电池n(-)ZnNH4Cl+ZnCl2MnO2 C(+)n负极(Zn)：Zn2e-=Zn2+n正极(MnO2和C)：2NH4+2e-=2NH3+H2H2+2MnO2=Mn2O3+H2On电池总反应：Zn+2NH4+2MnO2 =Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O普通锌锰电池普通锌锰电池锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌锰干电池的结构普通锌锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等工作原理工作原理2021/8/9 星期一7碱性锌锰电池构造示意图碱性锌锰电池构造示意图碱性电池碱性电池 n(-)ZnKOHMnO2(+)n负极(Zn)：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2n正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-n电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O =2MnOOH+Zn(OH)2n优缺点简析：只能一次使用，不能充电；价格较贵；比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。2021/8/9 星期一8一、一次电池银锌电池银锌电池(纽扣电池纽扣电池)n(-)ZnKOHAg2O(+)n负极(Zn)：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2On正极(Ag2O)：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-n电池总反应：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag2021/8/9 星期一9二、二次电池铅蓄电池铅蓄电池n(-)PbH2SO4PbO2(+)n负极(Pb)：Pb-2e-+SO42-=PbSO4n正极(PbO2)：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2On电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 阅读P76，了解铅蓄电池的充电原理及铅蓄电池的优缺点。放电原理放电原理充电原理充电原理2021/8/9 星期一10n放电过程负极：氧化反应 Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：还原反应PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)n充电过程阴极(接电源负极)：还原反应 PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极(接电源正极)：氧化反应 PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2021/8/9 星期一11 缺点：缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境 优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉可靠、价格低廉 其它二次电池：其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池池、聚合物锂离子蓄电池铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电充电放电放电铅蓄电池的优缺点简析：铅蓄电池的优缺点简析：2021/8/9 星期一12三、燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池 n(-)PtH2H+O2Pt(+)n负极(Pt)：2H2-4e-=4H+n正极(Pt)：O2+4H+4e-=2H2On电池总反应：2H2+O2=2H2On(-)PtH2OH-O2Pt(+)n负极(Pt)：2H2-4e-+4OH-=4H2On正极(Pt)：O2+2H2O+4e-=4OH-n电池总反应：2H2+O2=2H2O工作原理工作原理2021/8/9 星期一13 氧化剂与还原剂在工作时不断补充；氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出；反应产物不断排出；能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)，普通的只有，普通的只有30%，有，有利于节约能源。利于节约能源。缺点：缺点：体积较大、附属设备较多体积较大、附属设备较多 优点：优点：能量转换率高、清洁、对环境好能量转换率高、清洁、对环境好 其它燃料电池：其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池燃料电池的规律燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别：燃料电池与前几种电池的差别：燃料做负极，助燃剂氧气为正极燃料做负极，助燃剂氧气为正极 电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。的作用。2021/8/9 星期一14化学电池的组成化学电池的组成组成负极正极电解质 电极材料电极上发生反应的物质电子流向反应类型能导电的物质能导电的物质还原性较强的还原性较强的物质物质(多是金多是金属电极本身属电极本身)氧化性较强氧化性较强的物质的物质酸溶液酸溶液碱溶液碱溶液盐溶液盐溶液或或熔融液熔融液流出电子流出电子流入电子流入电子氧化反应氧化反应还原反应还原反应2021/8/9 星期一15减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源2021/8/9 星期一16书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：1 1确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的物质；物质；物质；物质；2.2.电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如所有规则（如所有规则（如所有规则（如“拆拆拆拆”、“平平平平”）；）；）；）；3 3将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；2021/8/9 星期一17书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：4 4负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还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原产物，与溶液的酸碱性有关原产物，与溶液的酸碱性有关原产物，与溶液的酸碱性有关(如如如如4 4价的价的价的价的C C在酸性在酸性在酸性在酸性溶液中以溶液中以溶液中以溶液中以COCO2 2形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以COCO3 32-2-形式形式形式形式存在存在存在存在)；5 5溶液中不存在溶液中不存在溶液中不存在溶液中不存在OO2-2-：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与HH结合结合结合结合成成成成HH2 2OO、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成OHOH-。2021/8/9 星期一18再 见2021/8/9 星期一19 练练习习1、航航天天技技术术上上使使用用的的氢氢氧氧燃燃料料电电池池具具有有高高能能、轻轻便便、无无污污染染的的优优点点。氢氢氧氧燃燃料料电电池池有有酸酸式式和和碱碱式式两两种种，它它们们放放电电时时的的总总反反应应都都可以表示为可以表示为2H2+O2=2H2O，酸酸式式电电池池中中电电解解质质是是酸酸，其其负负极极反反应应可可表表示示为为2H2-4e-=4H+，则其正极反应式为：，则其正极反应式为：_。碱碱式式电电池池的的电电解解质质是是碱碱，其其正正极极反反应应式式为为O2+2H2O+4e-=4OH-，则则其其负负极极反反应应可可表表示示为：为：_。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 2021/8/9 星期一20 练练习习2、碱碱性性电电池池具具有有容容量量大大、放放电电电电流流大大的的特特点点，因因而而得得到到广广泛泛应应用用。锌锌-锰锰碱碱性性电电池池以以氢氢氧氧化钾溶液为电解液，总反应式为：化钾溶液为电解液，总反应式为：Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s下列说法错误的是（下列说法错误的是（）A 电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为：2MnO2sH2Ol2eMn2O3s2OHaqC 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过外电路中每通过02mol电子，锌的质量理电子，锌的质量理论上减小论上减小65gC2021/8/9 星期一21 练习练习3、氢气是燃料电池最简单的燃料，、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、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甲烷时所构成汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中的甲烷燃料电池中a极的电极反应式：极的电极反应式：_此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式：_KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O2021/8/9 星期一22