新人教选修 化学电源教学及教学设计.pptx

电池的分类化学电源的分类原电池知识复习几种电池介绍实践活动科学视野课堂小结作业布置化化 学学 电电 源源典例精析研究性学习第1页/共34页组成原电池的条件有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极电极材料均插入电解质溶液中两极相连形成闭合电路一个自发进行的氧化还原反应 第2页/共34页正负极的判断 电极电极电极材料电极材料反应类型反应类型电子流动方电子流动方向向负极负极还原性较还原性较强的金属强的金属氧化反应氧化反应负极向外电负极向外电路提供电子路提供电子正极正极还原性较还原性较弱的金属弱的金属或非金属或非金属还原反应还原反应正极从外电正极从外电路得到电子路得到电子第3页/共34页 通过日常生活和学习，你知道哪些电池？它们都是化学电池吗？它们在哪些方面得到应用？电池 化学电池 太阳能电池 原子能电池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为电能的装置电池的分类第4页/共34页化学电池的分类化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池也叫干电池也叫充电电池或蓄电池第5页/共34页一、一次电池介绍一次电池普通锌锰干电池碱性锌锰电池锌银电池锂电池第6页/共34页普通锌锰干电池第7页/共34页普通锌-锰干电池的电极方程式负极（锌筒）Zn-2e-=Zn2+正极（石墨）2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O也可以：负极（锌筒）Zn-2e-=Zn2+正极（石墨）2NH4+2e-=2NH3+H2总反应：Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2第8页/共34页 随着用电器朝着小随着用电器朝着小型化、多功能化发展型化、多功能化发展的要求，对电池的发的要求，对电池的发展也提出了小型化、展也提出了小型化、多功能化发展的要求。多功能化发展的要求。体积小、性能好的碱性锌体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。倍增长，使放电电流大幅度提高。第9页/共34页锌粉和KOH的混合物MnO2金属外壳碱性锌锰电池负极：Zn+2OH 2e=Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e=2MnOOH+2OH总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2第10页/共34页锌银电池负极：Zn+2OH 2e=Zn(OH)2正极：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag 这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。第11页/共34页锂电池锂电池锂电池以金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（SOCl2）中组成负极：8Li 8e=8Li+正极：3SOCl2+8e=SO32+2S+6Cl总反应：8Li+3SOCl2=6Li+Li2SO3+2S第12页/共34页 锂是密度最小的金属，用锂作为电池锂是密度最小的金属，用锂作为电池的的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用比较，使用 寿命大大延长。锂电池的比能寿命大大延长。锂电池的比能量高电压高，工作温度宽。量高电压高，工作温度宽。由于锂电池性能优异，广泛应用于军事和由于锂电池性能优异，广泛应用于军事和空间领域，民用领域以微小功率为主，例空间领域，民用领域以微小功率为主，例如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等的电源等的电源锂电池的特点及用途第13页/共34页二、二次电池介绍二次电池铅蓄电池镉镍电池氢镍电池锌银电池锂离子电池聚合物锂离子电池第14页/共34页铅蓄电池铅蓄电池第15页/共34页负极（Pb）Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极（PbO2）PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2 H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)铅蓄电池放电的电极反应：第16页/共34页阴极 PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极 PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2 H2SO4(aq)铅蓄电池充电的反应：可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：Pb(s)+PbO2(s)+2 H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)放电充电还原反应氧化反应第17页/共34页镉镍电池与氢镍电池：Cd+2NiO(OH)+2 H2O 2NiO(OH)2+Cd(OH)2 放电充电 1/2H2+2NiO(OH)Ni(OH)2放电充电镉镍电池总反应：氢镍电池总反应：课后思考：根据上面所给的总方程式，你能写出各极发生的反应方程式吗？第18页/共34页新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池不断排出电池 第19页/共34页介质介质电池总反应：电池总反应：2H2+=2H2O 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-氢氧燃料电池第20页/共34页介质介质电池反应：电池反应：2H2+=2H2O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O 2H2-4e-+2O2=2H2OO2+4e-=2O2 固体燃料电池第21页/共34页风力发电地热发电生活垃圾发电核电潮汛发电发电请考虑，化学电池有污染，这个问题如何解决？（开发新能源）化学电池与新能源化学电池与新能源第22页/共34页典例讲解 航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应方程式都可表示为：2H2+O2=2H2O，酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示2H2 4e-=4H+，则其正极反应表示为：；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为：。O2+4H+4e-=2H2O2H2+4OH-4e-=4H2O 第23页/共34页蓄电池在放电时是起原电池作用，充电时是起电解池作用，爱迪生电池分别在充电和放电时发生的反应为：根据爱迪生蓄电池的原理作出的下列判断中错误的是（）放电时，Fe为负极，NiO2为正极充电时阳极上的电极反应为：Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动。蓄电池的电极必须浸在某种酸性溶液中蓄电池的电极必须浸在某种碱性溶液中A.和B.只有C.和D.和典例讲解A第24页/共34页下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述正确的是A Aa a电极是负极B Bb b电极的电极反应为：4OH4OH-4 4 e e2H2H2 2O O 2 2 C C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D D氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源典例讲解AD第25页/共34页据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH2CH3 3OH OH+3O3O2 2 +4OH4OH 2CO2CO3 32 2+6H+6H2 2O O，则下列说法错误的是放电时CHCH3 3OHOH参与反应的电极为正极充电时电解质溶液的pHpH逐渐增大 放电时负极的电极反应为：CHCH3 3OHOH6e6e 8OH8OH COCO3 32 2+6H+6H2 2O O充电时每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子 A典例讲解第26页/共34页下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两 侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2（右罐）和NaBr3（左罐），放电后，分别变为Na2S4和NaBr。下列说法正确的是（）A电池充电时，阳极电极反应式为：3Br2eBr3 B电池放电时，负极电极反应式为：2S22+2e=S42C电池放电时，电池的总反应方程式为：Na2S43NaBr2Na2S2NaBr3D在充电过程中Na+通过膜的流向为从左到右AD第27页/共34页如图是20042004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H(H+)和电子。电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应式为：2CH2CH3 3OHOH3O3O2 22CO2CO2 24H4H2 2O O。下列说法中正确的是 A A右边的电极为电池的负极，b b处通入的是空气B B左边的电极为电池的负极，a a处通入的是甲醇C C电池负极的反应式为：CHCH3 3OH+HOH+H2 2O O6e6e=CO=CO2 2+6H+6H+D D电池的正极反应式为：O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e=4OH=4OHBC第28页/共34页将洁净的铁片和其它金属片A、B、C、D分别放在浸有NaCl溶液的滤纸上并压紧（如图所示）。在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下：V玻璃板金属片滤纸铜片金属指针移动方向电压Fe()0.65A()0.78B(+)0.25C()1.35D()0.20请回答下列问题：在第组组成的原电池中，一段时间后，铁片上出现了红褐色物质。请用电极反应方程式和化学反应方程式表示其产生红褐色物质的过程。负极：2Fe 4e=2Fe2+正极：O2+4e+2H2O=4OH2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 A、B、C、D四种金属的金属性强弱顺序 ，金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。CADB 若滤纸改用NaOH溶液浸润，则在滤纸上能看到有蓝色物质析出的是 （填字母）金属。其对应的原电池的电极反应式为：负极正极B2Cu 4e=2Cu2+O2+4e+2H2O=4OH B第29页/共34页熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和NaLi2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为燃气，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650下工作的燃料电池。下列说法正确的是（）A.正极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-B.负极反应式：CO+CO32-2e-=2CO2 C.燃料电池工作时CO32-离子向正极迁移 D.燃料电池的总反应为2CO+O2=2CO2 典例讲解BD第30页/共34页光合作用有二氧化碳与水合成葡萄糖，同时放出氧气，写出化学方程式。6CO2（g)+6H2O(l)=C6H12O6(g)+O2(g)光、叶绿体设想将写成的反应式倒过来，可设计成一个原电池，产生电流。这样，我们通过正逆反应，就从太阳能产生了电能。写出这种原电池的电极反应。该电池的电动势为1.24V，设有一长满绿藻的正方形游泳池，边长10m，在平均光照度下每12面积上可按上述原电池产生1mA电流，求该游泳池产生的总电力。负极：C6H12O6+6H2O 24e-=6CO2+24H+正极：O2+4 H+4 e-=2H2O1.241102104=1.24Kw化学电池的创新设想化学电池的创新设想第31页/共34页电池与健康电池与环保电池前景电池世界电池资料参考电池书店电池展会电池资讯电池论坛中国电池网友情链接中国电池工业协会中国环保商务网中国工业电池网中国环保电池网中国镍氢电池网手机电池网第32页/共34页调查市场上各种电池的用途及价格调查市场上各种电池的用途及价格绿色行动绿色行动 回收废电池活动回收废电池活动环保宣传环保宣传 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