第4章第2节化学电源.ppt

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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2022年年7月月1日星期五日星期五学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知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？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热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装置能通过热能转换器转变为电能的装置碱性锌锰电池、锌银电池、铅碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池

2、、蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。锂离子电池等。广泛应用于通讯、交通、文化、广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品。高科技、办公及家用电子产品。高科技、军事、生产行业也有特殊应用。军事、生产行业也有特殊应用。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

3、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 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锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池知识点知识点2：各类电池：各类电池空气电池空气电池小型高性能

4、燃料电池小型高性能燃料电池 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和和淀粉作电解质溶液，还淀粉作电解质溶液，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，防止产生极化现，防止产生极化现象。电极总的反应式为：象。电极总的反应式为：Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ M

5、n+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O请写出各电极的电极反应。请写出各电极的电极反应。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应的电极反应和总化学反应方程式。方程式。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？判断它已经不能正常供电了？_我们在使我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？推测可能是干电池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2N

6、H4+2e-=2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O锌筒变软，电池表面变得不平整锌筒变软，电池表面变得不平整MnO2Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O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

7、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Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2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

8、 (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Pb(s)+PbO2(s)+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

9、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3)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、聚合物锂离镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池子蓄电池 正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨，负极盖填充锌汞合金，和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液电解质溶液KO

10、HKOH。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，它的充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：电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O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：

11、Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-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：写出电极反应式。写出电极反应式。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

12、：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学与氧气或空气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。目前燃料电池能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近的能量转化率可达近80%80%，约为火力发电的，约为火力发电的2 2倍。倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物

13、、氮氧化物等废气污染都接近的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；零；燃料电池发明于燃料电池发明于1919世纪世纪3030年代末，经反复试验、年代末，经反复试验、改进，到改进，到2020世纪世纪6060年代才开始进入实用阶段。第一代年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的燃料电池的 大致情况如下：大致情况如下： 氢氧燃料电池氢氧燃料电池新型燃料电池新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部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，不断从外界输贮藏在电池内，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入，同时将电极反应产物不断排出电池燃燃 料料

14、 电电 池池2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-固体燃料电池固体燃料电池2H2 - 4e- +2O2= 2H2O O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 航天技术上使用的一种电航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用不污染环境等优点。用PtPt做电极，做电极，KOHKOH溶液溶液做电解液，做电解液

15、，因其反应与氢氧燃烧相似，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。写出各电极的电极反应。若将氢气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应PtPt电极电极H2O2氢氧燃料电池模拟氢氧燃料电池模拟KOH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，所以称作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，通入燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极

16、为甲烷的一极为_，这一极的电极反应为，这一极的电极反应为_；通入氧气的一极为；通入氧气的一极为_，电极反应为，电极反应为_，总反，总反应为应为_。负极负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若将氢气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应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，遵循书写离子电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如反应的所有规则（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3负极失电子所得氧化产物和正极得

17、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在酸性溶液中以在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性形式存在，在碱性溶液中以溶液中以CO32形式存在）；形式存在）；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另得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；一极反应；用于用于“神六神六”的太阳能电池的太阳能电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 迅猛发展的绿色环保电池是

18、指近年来研制、开发和已迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入投入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相同的工作电压相同的工作电压(12(12伏伏) )，但由于采用了稀土合金或，但由于采用了稀土合金或TiNiTiNi合金储合金储氢材料作为氢材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成为一成为一种绿色环保电池。种绿色环保电池。 锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧化物作化物作 正极和有机电解质构成，其工作电压为正极和有机电解质构成，

19、其工作电压为3636伏，因此一个伏，因此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱锰电锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起池是在碱性锌锰原电池基础上发展起 来的，由于应用了无汞化来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流放电特性，而的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利用且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利用P PN N结的光电结的光电效应，把太阳光能直接转换成电效应，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户需要。这种发电能，满足用户需要。这种发电具有

20、无需燃料、无污染、无具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单可靠、减少维护、噪声、运行简单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。课堂总结1 1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：负极：M-xe=MM-xe=Mx x+ +正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属2 2、两个电极均参与反应的原电池、两个电极均参与反应的原电池 （如蓄电池，纽扣电池）（如蓄电池，纽扣电池）电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电子

21、得失均由两电极本身发生电子得失均由两电极本身发生电极反应需考虑电解质溶液的参与电极反应需考虑电解质溶液的参与 3 3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）两电极材料均为惰性电极两电极材料均为惰性电极负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得 电子电子电极反应考虑电解质溶液电极反应考虑电解质溶液1 1、在含有、在含有HH2 2S S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了气体的空气中，银器表面易变黑（生成了AgAg2 2S S），为了除去银器表面），为了除去银器表面AgAg2 2S S，可采用如下方法：在一个，可采用

22、如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程反应式和离子方程式表示上述过程巩 固 练 习Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S2 2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受

23、到重视，可用因而受到重视，可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔融的熔融盐混合物作电解质，盐混合物作电解质，COCO为阳极燃气，空气与为阳极燃气，空气与COCO2 2的混合气为阴极燃气，制得在的混合气为阴极燃气，制得在6565下工下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：作的燃料电池，完成有关的电池反应式：负极反应式：负极反应式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO=4CO2 2+4e+4e正极反应式：正极反应式：总反应式：总反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO23.3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量锂电池是一代

24、新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为某种锂电池的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说法下列说法正确的是（正确的是（ ）A A、 LiLi是正极，电极反应为是正极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2

25、 D D、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+B4 4、19911991年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分钟气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高2020到到5050倍。运用所倍。运用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极反应。学的化学知识

26、，推测该新型电池两极上可能发生的电极反应。负极负极 正极正极4Al-12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH-不活泼金属或碳不活泼金属或碳Cu5 5已知：已知：Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+CuCl+CuCl2 2利用这一反应，试设利用这一反应，试设计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，然后填空：溶液，然后填空：正极正极 ，电极反应，电极反应 负极负极 ，电极反应，电极反应 2Fe3+2e=2Fe2+Cu-2e=Cu2+6 6、已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为、已

27、知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为 1 1，放电，放电完毕后，溶液的密度变为完毕后，溶液的密度变为 2 2。又铅蓄电池充电时的反应：。又铅蓄电池充电时的反应：2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O Pb+PbOO Pb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4法拉第常数：法拉第常数：F=96500C/molF=96500C/mol写出铅蓄电池使用时所产生的总反应式及两电极上的半反应。写出铅蓄电池使用时所产生的总反应式及两电极上的半反应。已知充放电完毕后，溶液的密度是下列两个数据：已知充放电完毕后，溶液的密度是下列两个数据：1.10g/cm1.10g/cm3 3, ,相当于含

28、相当于含14.35%(14.35%(质量质量) )的硫酸，的硫酸，1.28g/cm1.28g/cm3 3, ,相当于含相当于含36.87% (36.87% (质质量量) )的硫酸请指出分别的硫酸请指出分别 1 1， 2 2对应于哪一个数据？对应于哪一个数据？用什么方法可以确定什么时候该充电什么时候该停止充电？用什么方法可以确定什么时候该充电什么时候该停止充电？按方程式计算生成及消耗的水和硫酸的质量。按方程式计算生成及消耗的水和硫酸的质量。计算一个电容量为计算一个电容量为4.324.3210106 6C C的蓄电池中需加多少硫酸？的蓄电池中需加多少硫酸？用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？充电充电