人教版化学选修四《化学电源》ppt课件(52页).ppt
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1、电极材料电极材料电子流向电子流向反应类型反应类型组组 成成 负负 极极 正正 极极 电解质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原电池的组成原电池的组成 锂电池锂电池干电池干电池小型高性能小型高性能燃料电池燃料电池 叠层电池叠层电池 “神六神六”用用太阳能电池太阳能电池钮扣电池钮扣电池手机电池手机电池 摄像机摄像机专用电池专用电池笔记本电脑笔记本电脑 专用电池专用电池 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。 有一天,伏特看了一
2、位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文,说动物肌肉里贮存着电,可以用金属接触肌肉把电引出来。看了这篇论文,伏特非常兴奋,便决定亲自来做这个实验。他用许多只活青蛙反复实验,终于发现,实际情况并不像加伐尼所说的那样,而是两种不同的金属接触产生的电流,才使蛙腿的肌肉充电而收缩。为了证明自己的发现是正确的,伏特决定更深入地了解电的来源。 一天,他拿出一块锡片和一枚银币,把这两种金属放在自己的舌头上,然后叫助手将金属导线把它们连接起来,刹时,他感到满嘴的酸味儿。接着,他将银币和锡片交换了位置,当助手将金属导线接通的一瞬间,伏特感到满嘴的咸味。这些实验证明,两种金属在一定的条件下就能产生电流。伏特想,只要能把这
3、种电流引出来,就能大有作用。伏特经过反复实验,终于发明了被后人称做“伏特电堆”的电池,这就是在铜板和锌板中间夹上卡纸和用盐水浸过的布片,一层一层堆起来的蓄电池。这种电池,今天仍然在使用着为了纪念他的贡献,人们为了纪念他的贡献,人们把电把电压的计量单位叫做伏特,简称伏,压的计量单位叫做伏特,简称伏,符号符号V V。比如我们手电筒里的电池的。比如我们手电筒里的电池的电压是电压是1.51.5伏特,我们家里的电灯的伏特,我们家里的电灯的电压是电压是220220伏特。伏特。 1、通过日常生活的学习,你知道哪些电池?、通过日常生活的学习,你知道哪些电池? 其中哪些属于化学电池?其中哪些属于化学电池?2、化
4、学电池与其他能源相比有哪些优点?、化学电池与其他能源相比有哪些优点?3、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?4、目前化学电池主要分为哪几大类?产生、目前化学电池主要分为哪几大类?产生电能的基本原理是什么?各自有什么特点?电能的基本原理是什么?各自有什么特点?化学电源的分类化学电源的分类类类 型型一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池只能使用一次,不只能使用一次,不能充电复原继续使能充电复原继续使用的化学电池用的化学电池酸(或碱)性锌酸(或碱)性锌- -锰锰干电池、银干电池、银- -锌纽扣锌纽扣电池、电池、放电后能充电复原放电后能充电复原继续使用的化学电继续使
5、用的化学电池池铅蓄电池、镍铅蓄电池、镍- -镉蓄镉蓄电池、银电池、银- -锌蓄电池锌蓄电池将燃料燃烧的化学将燃料燃烧的化学能直接转变成电能能直接转变成电能的电池的电池氢氧燃料电池、铝氢氧燃料电池、铝- -空气燃料电池、熔空气燃料电池、熔融盐燃料电池融盐燃料电池 含含 义义示示 例例普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 锂离子电池锂离子电池 干电池(一次电池干电池(一次电池)铅蓄电池铅蓄电池镍氢电池镍氢电池 镍镍镉镉电电池池(铅蓄电池)(铅蓄电池)小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 (微型氢氧燃料(微型氢氧燃料电池)电池)能量转化率较高能量转化率较高供能稳定可靠供能稳定可靠可以制成各种形状
6、和大小、不同容量可以制成各种形状和大小、不同容量的电压的电池及电池组的电压的电池及电池组使用方便,易于维护,并可在各种环使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作境下工作v比能量:电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,符号(Wh)/kg ,(Wh)/Lv比功率:电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小,符号W/kg ,W/Lv储存时间:电池的可储存时间的长短除特殊情况外,质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池,更适合使用者的需要。1 1、干电池、干电池( (普通锌锰电池)普通锌锰电池)干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极,位于中央的顶盖有负极,位于中央的顶盖有铜帽的
7、石墨作正极,在石铜帽的石墨作正极,在石墨周围填充墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电解质溶液,还和淀粉作电解质溶液,还填充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2,防止产生极化,防止产生极化现象。电极总的反应式为:现象。电极总的反应式为:4NH4NH4 4Cl+2Zn+2MnOCl+2Zn+2MnO2 2=Zn(NH=Zn(NH3 3) )4 4ClCl2 2+ZnCl+ZnCl2 2+Mn+Mn2 2O O3 3+H+H2 2O O( (一一) ) 一次电池一次电池练:写出练:写出锌锰干电池锌锰干电池的电极反应和总化学反
8、应方程的电极反应和总化学反应方程式。式。负极负极正极正极总反应总反应通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了?它已经不能正常供电了?_我们在使用干电池我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生,请推测可能是干的过程中并没有发现有气体产生,请推测可能是干电池中的什么成分起了作用?电池中的什么成分起了作用?Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+2NH2NH4 4+ +2e+2e- -=2NH=2NH3 3+H+H2 2Zn+2NHZn+2NH4 4+ +=Zn=Zn2+2+2NH+2NH3 3+H+H2 2锌筒变软,电池
9、表面变得不平整锌筒变软,电池表面变得不平整MnOMnO2 2碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极:负极:正极:正极:电池反应:电池反应:电解质:电解质:KOHZnZnMnOMnO2 2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考该电池的正负极材料和电解质该电池的正负极材料和电解质干电池干电池负极负极: Zn: Zn2e2e- -ZnZn2 2 普通锌锰干电池:普通锌锰干电池:(- -)Zn ZnClZn ZnCl2 2、NHNH4 4ClCl(糊状)(糊状) 石墨石墨( (n
10、O2nO2) )(+(+) 正极正极: 2NH: 2NH4 4+ +2e2e- -2NH2NH3 3H H2 2 总电池反应方程式总电池反应方程式 :2NH2NH4 4ClClZnZnZnClZnCl2 22NH2NH3 3H H2 2 缺点:放电量小,放电过程中易气涨或漏液缺点:放电量小,放电过程中易气涨或漏液 改进后碱性锌锰电池的优点:改进后碱性锌锰电池的优点: 电流稳定,放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液。电流稳定,放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液。 二氧化锰的用途二氧化锰的用途Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)22 2、迷你型电池、迷你型电池 优点:电压高
11、、稳定,低污染。优点:电压高、稳定,低污染。 用途:手表、相机、心率调节器用途:手表、相机、心率调节器 HgOHgO(S S)+Zn+Zn(S S)=Hg=Hg(l l)+ +ZnOZnO(S S) Ag Ag2 2O O(S S)+Zn+Zn(S S)=2Ag=2Ag(l l)+ +ZnOZnO(S S)3 3、锂电池、锂电池锂电池:锂电池:(- -)LiLi(S S) LiILiI(晶片)(晶片) I I2 2(+(+) 锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) ):8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3
12、3+2S+2S负极:负极: ;正极:;正极: 。用途:质轻、高能用途:质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳定电压、工、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。作温度宽、高使用寿命,广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池铅蓄电池铅蓄电池1)正负极材料正负极材料正极:正极:PbO2负极:负极:Pb2)工作机制工作机制电解质:
13、电解质:H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池,其电极反应铅蓄电池为典型的可充电电池,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( (二二) )二次电池二次电池放电过程总反应:放电过程总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正极:正极:PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极:负极:放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上
14、述反应的逆过程逆过程2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应还原反应阴极:阴极:阳极:阳极:2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应:充电过程总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程:铅蓄电池的充放电过程:放电放电充电充电3)优缺点简析优缺点简析缺点
15、: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、安全可靠可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉、价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池离子蓄电池 正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨,负极盖填充锌汞合和石墨,负极盖填充锌汞合金,电解质溶液金,电解质溶液KOHKOH。反应式为:。反应式为:2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 写出电极反应式。写出电极反应式。充电
16、充电放电放电银银- -锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的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:充电和放电过程可以表示为:2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Ag Ag2 2O+Zn+HO+Zn+H2 2O O放电放电充电充电此电池放电时,负极上发生反应的物质是(此电池放电时,负极上发生反应的物质是( )A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD电极反应:电极反应:负极:负极:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极:正极:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放电电充
17、电充电负极材料:负极材料:CdCd;正极材料:正极材料:涂有涂有NiONiO2 2,电解质:电解质:KOHKOH溶液。溶液。反应式如下:反应式如下:写出电极反应式。写出电极反应式。 特点:比铅蓄电池耐用,可密封反复使用。特点:比铅蓄电池耐用,可密封反复使用。 镍镍镉可充电电池可发生如下反应:镉可充电电池可发生如下反应:Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知,该电池的负极材料是由此可知,该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A. Cd ( A )B. NiO(OH) D. Ni(OH)2C. Cd(OH)2电极反应:电极反应:负极:负极:Cd-2eCd-2e- -+
18、2OH+2OH- -=Cd(OH)=Cd(OH)2 2 正极:正极:2NiO(OH)+2e2NiO(OH)+2e- -+2H+2H2 2O=2Ni(OH)O=2Ni(OH)2 2+2OH+2OH- -大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池燃料电池是利用是利用氢气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃等燃料与料与氧气或空气氧气或空气进行电化学反应时释放出来的进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃燃料电池的能量转化率可达近料电池的能量转化率可达近80%80%,约为火力发,约为火力发电的电的2 2倍倍。这是因为火力发电中
19、放出的废热太。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的多。燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零废气污染都接近零;燃料电池发明于燃料电池发明于1919世纪世纪3030年代年代末,经反复试验、改进,到末,经反复试验、改进,到2020世纪世纪6060年代才开始进入年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下:大致情况如下: ( (三三) )燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池This fuel cell was used to supply electricity for the Apollo Space Prog
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