第二节化学电源111111111111111.ppt

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1、1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2 形形色色的电池形形色色的电池 A A CuZn 稀稀H H2 2SOSO4 4KOH溶液溶液 CH4 O2 2 H2Oa极极 b极极3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4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像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电各式各样的纽扣电池池5第二节第二节 化学电源化学电源目标目标：1.了解常见的化学电源的种类和工作原理，知道了解常见的化学电源的种类和工作原理，知道 它们生产、生活与国防中的实际

2、应用；它们生产、生活与国防中的实际应用；2.会写常见化学电源的电极反应式。会写常见化学电源的电极反应式。重点重点：化学电源的工作原理化学电源的工作原理难点难点：电极方程式的书写电极方程式的书写6学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？池，你知道电池的其它应用吗？ 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生的将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的热能通过热能转换器转变

3、为电能的装置装置碱性锌锰电池、锌银碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄电池、镉电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。锂离子电池等。广泛应用于通讯、交广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家通、文化、办公及家用电子产品。高科技、用电子产品。高科技、军事、生产行业也有军事、生产行业也有特殊应用。特殊应用。7【思考思考】目前化学电池主要分为哪几个大类？目前化学电池主要分为哪几个大类？ 在性能等方面它们各有什么特点？在性能等方面它们各有什么特点？ 产生电能的基本原理是什么？产生电能的基本原理是什么？化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？判断电池的优劣标准

4、主要是什么？判断电池的优劣标准主要是什么？8知识点知识点1：化学电池：化学电池1)概念概念:将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置2)分类分类:一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如：干电池如：干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池3)优点优点:4)电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:能量转换效率高，供能稳定可靠。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。和电池组，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。比能量比能量

5、符号符号(Wh/kg)，(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比功率比功率符号是符号是W/kg，W/L)指电池单位质量或单位体积所能输出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电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短91 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干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充在石墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电解质和淀粉作电解质溶液，还溶液，还填充填充MnO

6、MnO2 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，防止产生极化现象。电极总的反应式为：极化现象。电极总的反应式为：Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O一、一、 一次电池一次电池10锌锰干电池锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。的电极反应和总化学反应方程式。负极负极Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应）正极正极2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O （还原反应）（还原反应）总反应总反应

7、Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3+H2O11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)212优缺点简析优缺点简析缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点： 比能量和储存时间有所提高，适用于大电流比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电和连续放电其它一次电池其

8、它一次电池锌银电池、锂电池锌银电池、锂电池13锌银电池（纽扣电池）锌银电池（纽扣电池）正极：正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH负极：负极：Zn +2OH- 2e- =Zn(OH)2总反应总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag负极：负极：Zn 正极：正极：Ag2O 电解质：电解质：KOH优点：电压高、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14锂电池锂电池总反应：总反应：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极（锂）：负极（锂）

9、： ；正极（石墨）：正极（石墨）： 。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+2S15铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池池1.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：电

10、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、二次电池二、二次电池16放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +2H2O 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述反应的逆过程逆过程17Pb(s)+PbO2(s)+

11、2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ + SO42- 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183)优缺点简析优缺点简析缺点：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

12、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19银银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，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：它的充电和放电过程可以表示为：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+Zn(OH)2放电放电充电充电电极反应：电极反应：负极：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-正极：正极：AgAg2 2O O 负极：锌负极：锌 电

13、解质溶液：电解质溶液：KOHKOH2 2、银锌蓄电池、银锌蓄电池203 3、镉镍电池、镉镍电池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放电电充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： 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。 21二次电池充、放电的区别与联系：二次电池充、放电的区别与联系：22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

14、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

15、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23氢氧燃料电池氢氧燃料电池24新型燃料电池新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全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，不断从外部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池界输入，同时将电极反应产物不断排出电池25 工作原理工作原理 (1)以以H2、烃、醇、肼作燃料在负极、烃、醇、肼作燃料在负极上失电子发生氧化反应，以空气或上失电子发生氧化反应，以空气或O2作作氧化剂在正极上得到电子，连续不断的氧化剂在正极上得到电子，连续不断的把燃料和氧

16、化剂中的化学能转化为电能。把燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。 (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、熔融氧化物化物(或熔融盐或熔融盐)等。等。26氢氧燃料电池氢氧燃料电池PtPt电极电极H2O2氢氧燃料电池模拟氢氧燃料电池模拟KOH27氢氧燃料电池氢氧燃料电池介质电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性负极正极中性负极 正极碱性负极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2

17、O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-28将铂丝插入将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入通入甲烷甲烷的一极为的一极为负极负极，这一极的电极反应，这一极的电极反应为为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O ；通入通入氧气氧气的一极为的一极为正极正极，电极反应为：，电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-，总反应为总

18、反应为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 。甲烷燃甲烷燃料电池料电池2930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电极反应是一种离子反应，遵循书写离电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如子反应的所有规则（如“拆拆”、“平平”）；）；2 2将两极反应的电子得失数配平后，相加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得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；另一极反应；314 4溶液中不存在溶液中不存在O2：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H结合成结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与、在碱性或中性溶液中它与

19、水结合成水结合成OH。3 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子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（如所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，形式存在，在在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；32电池的发展方向电池的发展方向 光电池使用方便光电池使用方便, ,特别是近年来特别是近年来 微小型半导体逆变器微小型半导体逆变器迅速发展迅速发展, ,促使其应用更加快捷促使其应用更加快捷. .美美, ,日日, ,欧和发展中国欧和发展中国家都制定出庞大的家都制定出庞大的 光伏技术发展计划光伏技术发展计划,

20、 ,开发方向是大开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性幅度提高光电池转换效率和稳定性, ,降低成本降低成本, ,不断扩不断扩大产大产 业业. .目前已有目前已有8080多个多个 国家和地区形成国家和地区形成 商业化商业化, ,半商业化半商业化 生产能力生产能力, , 市场开市场开 拓从拓从 空间转向地空间转向地 面系统应用。面系统应用。33减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源341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352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

21、电池，银锌电池，其其电极反应为：电极反应为：Zn2OH2e=Zn(OH)2，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。根据反应。根据反应式判断氧化银是式判断氧化银是 ()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36 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标准状况下的标准状况下的丙烷被完全氧化丙烷被完全氧化 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=3CO24H2O