发展中的化学电源精品(公开课用)ppt课件.ppt

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1、化学能与电能（二）化学能与电能（二）原电池原电池发生发生失失电子电子的的氧化反应氧化反应发生发生得得电子电子的的还原反应还原反应1.在右图所示的装置中，在右图所示的装置中，a的金属性比氢要强，的金属性比氢要强，b为碳棒，为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是关于此装置的各种叙述不正确的是( ) A. 碳棒上有气体放出，碳棒上有气体放出， 溶液的溶液的pH增大增大 B. a是正极，是正极，b是负极是负极 C. 导线中有电子流动，导线中有电子流动， 电子从电子从a极流到极流到b极极 D. a极上发生了氧化反应极上发生了氧化反应B【学习目标学习目标】1.了解生活中常用的化学电源和新型化学电池；了解生

2、活中常用的化学电源和新型化学电池；2. 从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质【学习重点学习重点】 【学习难点学习难点】通过对常用化学电源和新型化学电池原理的了解，通过对常用化学电源和新型化学电池原理的了解，进一步巩固原电池原理。进一步巩固原电池原理。1 1、干电池、干电池 干电池是一种伏打电池干电池是一种伏打电池,利用利用某种吸收剂某种吸收剂(如木屑或明胶如木屑或明胶)使内含物成为不会外溢的糊使内含物成为不会外溢的糊状。常用作手电筒照明、收状。常用作手电筒照明、收音机等的电源。音机等的电源。酸性锌锰干电池是酸性锌锰干电池是最早最早进入市场的实用电池进

3、入市场的实用电池（1）普通锌锰干电池普通锌锰干电池优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。（2）碱性干电池）碱性干电池 碱性电池碱性电池是个人是个人音响音响、照相机照相机等地首选等地首选电源电源。碱性电池碱性电池 电解液电解液:酸性酸性 NH4Cl碱性碱性KOH（离子导电性更好）（离子导电性更好）负极：锌片负极：锌片锌粉（反应面积成锌粉（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）优点：优点：比能量和储存时间有比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连所提高，适用于大电流和连续放电续放电二、发展中

4、的化学电源二、发展中的化学电源 课本课本P39P39、 设计设计P43P43使用寿命短，易泄漏使用寿命短，易泄漏使用寿命长，不易泄漏使用寿命长，不易泄漏放电之后不能充电放电之后不能充电内部的氧化还原反应是内部的氧化还原反应是不可逆不可逆的的2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OH负极：负极：正极：正极：Zn 2e- = Zn2+2NH4+ + 2e- = 2NH3 + H2总反应：总反应：Zn+2NH4+ =Zn2+ 2NH3 + H2 锌-锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部的糊状电

5、解质泄露出来，对电器腐蚀。 为了防止泄露，在外壳套上金属筒或塑料筒，制成防漏电池。P42【思考与交流思考与交流】为什么锌锰干电池放置过久会失效？为什么锌锰干电池放置过久会失效？ 为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质内的电解质 换成湿的换成湿的 ，制成，制成了了 电池。电池。NH4ClKOH碱性锌锰碱性锌锰负极：负极：Zn +OH- 2e- = Zn(OH)22下列有关电池叙述正确的是下列有关电池叙述正确的是A水果电池是高效环保的家用电池水果电池是高效环保的家用电池 B锌锰干电池是一种常用的二次电池锌锰干电池是一种常用的二次电池C锌锰干电池碳

6、棒是负极，锌片是正极锌锰干电池碳棒是负极，锌片是正极D锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄D3.现在各类碱性电池已经占有了越来越多的市场份现在各类碱性电池已经占有了越来越多的市场份额，这类电池广泛地应用于各种小型用电器额，这类电池广泛地应用于各种小型用电器(如如照相机照相机.收音机等收音机等)中。有一种新型的锌锰电池就中。有一种新型的锌锰电池就是这种碱性电池，它是在传统锌锰电池的基础上是这种碱性电池，它是在传统锌锰电池的基础上改进的。下列对于碱性锌锰电池的叙述中正确的改进的。下列对于碱性锌锰电池的叙述中正确的是是( )A.由于碱性物质的存在，这种电池的缺

7、点是容易由于碱性物质的存在，这种电池的缺点是容易漏液失效漏液失效B.这种电池较传统锌锰电池使用寿命长这种电池较传统锌锰电池使用寿命长C.这种电池的电解质由传统的这种电池的电解质由传统的KOH改进为改进为NH4ClD.这种电池的电解质由传统的这种电池的电解质由传统的NH4Cl 改进为改进为KOHBD4.日常所用干电池其电极分别为碳棒和锌皮，以糊状日常所用干电池其电极分别为碳棒和锌皮，以糊状NH4Cl和和ZnCl2作电解质作电解质(其中加入其中加入MnO2氧化吸收氧化吸收H2)，电极反应可简化为：电极反应可简化为：Zn2-Zn2+；2NH4+2e-2 NH3H2 (NH3再用于结合再用于结合Zn2

8、+。)根据上述叙述判断下列说法中正确的是根据上述叙述判断下列说法中正确的是( )A、Zn为正极，碳为负极 B、Zn为负极，碳为正极C、工作时电子由碳极经外电路流向Zn极 D、电池工作时正极发生氧化反应 B2 2、充电电池、充电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笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池化学能化学能放电放电充电充电电能电能用途：用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。广泛用于国防、生产、生活等领域。（1）铅蓄电池）铅蓄电池特点：特点：铅蓄电池的电压稳定，使用方便安全可靠，可再铅蓄电池

9、的电压稳定，使用方便安全可靠，可再次充电使用。次充电使用。铅蓄电池负极？正极？总反应：电解质？电解质？可充电，比干电池使用可充电，比干电池使用寿命长；但体积大，有污染寿命长；但体积大，有污染汽车上使用的电瓶等汽车上使用的电瓶等放电时放电时:正极材料是正极材料是 负极材料是负极材料是 ，电解质是电解质是 。PbO2PbH2SO4负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：CdNiO(OH)KOH具有残留性记忆，可重复使用具有残留性记忆，可重复使用500次以上，体积小；次以上，体积小；但但镉有致癌作用镉有致癌作用,如不回收，会产生严重污染如不回收，会产生严重污染广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、

10、广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等电动剃须刀等镍镍镉镉电电池池镉有致癌作用，有被镉有致癌作用，有被镍氢电池镍氢电池取代的趋势。取代的趋势。锂离子电池锂离子电池特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。用途：用途：笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池 锂电池（有机溶剂电解液）负极：2Li-2e=2Li+正极：I2+2e=2I总反应：2Li+I2=2LiI 跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。 电池中含有大量的电池中含有大量的重金重金属属如锌、铅、镉、汞、锰等。如锌、铅、镉、汞

11、、锰等。据专家测试，一节纽扣电池据专家测试，一节纽扣电池能污染能污染6060万升水；一节一号万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃圾一将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的重金属物质起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还威胁到人类的健康，有的还能致癌。所以我们不要乱扔能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。电池，要及时回收。 废旧电池的回收利用

12、废旧电池的回收利用5.下列电池中不属于二次电池的是下列电池中不属于二次电池的是( )A.碱性锌锰电池碱性锌锰电池 B.铅蓄电池铅蓄电池 C.镍镉电池镍镉电池 D.锂离子电池锂离子电池6.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( ) A.利用电池外壳的金属材料利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞防止电池中汞.镉和铅等重金属离子对土壤和水镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染源的污染C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D.回收其中石

13、墨电极回收其中石墨电极BA7.据报道，锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池，据报道，锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：应为：2Zn+O22ZnO，原料为锌粒，原料为锌粒.电解质和空气，电解质和空气，则下列叙述正确的是则下列叙述正确的是( ) A.锌为正极，空气进入负极反应锌为正极，空气进入负极反应 B.负极反应为负极反应为Zn2e-Zn2+ C.正极发生氧化反应正极发生氧化反应 D.电解液肯定不是强酸电解液肯定不是强酸BD8.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受锂电池是一代新型高能电池

14、，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，某种锂电到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为池的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是下列说法正确的是（ ） A、 Li是正极，电极反应为是正极，电极反应为Li e- = Li+ B、 Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li e- = Li+ C、 Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为MnO2 + e- = MnO2 D、 Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li 2e- = Li2+3 3、燃料电池、燃料电池高效、环境友好的化学电池高效、环境友好的化学电池它的电极材料一般

15、为活性电极，具有很强的催化活性，如它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，铂电极，活性炭电极活性炭电极等。等。(例如：例如：H2和和O2的燃料电池，的燃料电池，CH4和和O2的燃料电池的燃料电池)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。能的化学电池。小型高性能燃料小型高性能燃料电池电池 氢氧燃料电池工作原理：氢氧燃料电池工作原理：总反应：2H2 + O2 =2H2 O通入的气体在电极表面放电，电池只是作为一个反应器。通入的气体在电极表面放电，电池只是作为一个反应器。与其它电池区别：反应物不是储存

16、在电池内。与其它电池区别：反应物不是储存在电池内。用途：氢氧燃料电池目前已应用于航天、军事通讯、氢氧燃料电池目前已应用于航天、军事通讯、电视中继站等领域电视中继站等领域 燃料电池负极H2： H2-2e- =2H+ 正极O2：O O2+2+2H2O +4e- =4OH- 总反应：总反应： O2+2H2 =2H2 O介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性酸性（H2SO4）负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性（KOH）（记这个记这个）负极负极正极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H2 - 4e- = 4H+ O2 +

17、 4e- + 4H+ = 4H2O2H2 - 4e- +4OH- = 4H2O O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-一定要会判断：酸性有一定要会判断：酸性有H+ (肯定没肯定没OH- ）；）； 碱性有碱性有OH- (肯定没肯定没 H+ ）甲烷氧气燃料电池甲烷氧气燃料电池该电池用铂片插入该电池用铂片插入KOH溶液中作电极，在两极溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气上分别通甲烷和氧气 负极：负极： 正极：正极：放电总反应式：放电总反应式：CH4+10OH8e=CO32+7H2O2O2+4H2O+8e= 8OHCH4+ 2O2+2KOH =K2CO3 +3H2O9下列化学电池不易造成环境污

18、染的是下列化学电池不易造成环境污染的是 A氢氧燃料电池氢氧燃料电池 B锌锰电池锌锰电池 C镍镉电池镍镉电池 D铅蓄电池铅蓄电池A10.阿波罗宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池，其电极反阿波罗宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池，其电极反应为：应为： 2H24 OH- 4 H2O4e-， O22 H2O4e- 4 OH-。 在负极上发生反应的物质是在负极上发生反应的物质是 正极发生的是正极发生的是 . (填氧化或还原填氧化或还原)反应反应.H2 还原还原KOH溶液溶液H2O2H2Oa b1111：19691969年美国年美国“阿波罗阿波罗1111号号”登登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电月成功。飞船上使用的氢氧

19、燃料电池是一种新型的化学电池，其构造池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。电极表面放电。1 1、a a是是 极，极， b b是是 极极2、外电路电子流向：、外电路电子流向：负负正正 ab12氢氧燃料电池已用于航天飞机。以氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液溶液为电解质的这种电池在使用时的电极反应如下：为电解质的这种电池在使用时的电极反应如下：2H24OH-4e-=4H2O O22H2O4e-=4OH-下列说法错误的是下列说法错误的是A氢气通入正极，氧气通入负极

20、氢气通入正极，氧气通入负极B燃料电池的能量转化率不能达到燃料电池的能量转化率不能达到100%C供电时的总反应为：供电时的总反应为：2H2O2 = 2H2OD产物为无污染的水，属于环境友好电池产物为无污染的水，属于环境友好电池A13（07年广东）科学家近年来研制出一种新型细菌年广东）科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为：为： A . H22OH2H2O2e B. O24H4e2H2O C. H22H2e D. O22H2O4e

21、4OHC（1）钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO，（2）银-锌电池负极：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O 正极：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH- 总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2AgAl空气空气海水电池海水电池 负极：负极： 正极：正极：放电总反应式：放电总反应式： 4Al 12e = 4Al3+3O2+6H2O+12e= 12OH4Al + 3O2+6H2O= 4Al( OH)31

22、4.已知空气已知空气-锌电池的电极反应为：锌电池的电极反应为： 锌片：锌片：Zn+2OH- -2e- =ZnO+H2O石墨：石墨：O2+2H2O+4e- =4OH- 根据此判断，锌片是根据此判断，锌片是( )。 A.负极，并被氧化负极，并被氧化 B.负极，并被还原负极，并被还原 C.正极，并被氧化正极，并被氧化 D.正极，并被还原正极，并被还原15.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和银锌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放电过程可以表示为2Ag+Zn(OH) 2Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是负极上发生反应的物

23、质是( ) A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2OD.Zn充电充电放电放电 AD小小结结化学能与电能化学能与电能二二.发展中的化学电源发展中的化学电源各种各样的电池空气电池空气电池单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池1.锌锰干电池(一次性电池)(1)普通锌锰电池 负极材料是： 正极材料是： 电解质是 . (2)碱性锌锰干电池负极材料是： 正极材料是： 电解质是 . 改进后碱性锌锰电池的优点： . 【自主学习自主学习】2.充电电池(二次性电池)(1)铅蓄电池负极材料是： 正极材料是： 电解质是 优点：缺点： . (2)镉镍电池负极材料是： 正极材料是： 电解质是优点：缺点： . ()锂电池锂亚硫

24、酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极： ；正极： 。【自主学习自主学习】3.氢-氧燃料电池负极通入 正极通入 . 【自主学习自主学习】2、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下晶体，在熔融状态下能传导能传导O2。下列对该燃料电。下列对该燃料电池说法正确的是池说法正确的是 A电池的总反应是：电池的总反应是：2C4H10+13O28CO2+10H2O B在熔融电解质中，在熔融电解质中，O2

25、由负极移向正极由负极移向正极 C通入空气的一极是正极，电极反应为：通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e =2 O2 D通入丁烷的通入丁烷的极是正极，电极反应为：极是正极，电极反应为： C4H10+26e+13O2=4CO2+5H2OAC8对于锌一铜一稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是( )。 锌片溶解了32.5 g锌片增重32.5 g铜片上析出l g H2 铜片上析出1 mol H2 A和 B和 C和 D和 A 石墨石墨NH4Cl锌锰干电池结构锌锰干电池结构镍镉电池，以镍镉电池，以 为负极，为负极， 为正极，为正极，以以 为电解质，但镉是致癌物

26、质，废弃镍为电解质，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重镉电池如不回收，会严重污染污染环境。环境。 电电池初步解决镍镉电池的环境污染问题。池初步解决镍镉电池的环境污染问题。CdNiO(OH)KOH镍氢镍氢氢氧燃料电池：电池反应总式为氢氧燃料电池：电池反应总式为 2H2 + O2 = 2H2O，当电解质为酸性（当电解质为酸性（H2SO4）时，）时，负极负极： ， 正极正极 ： ，当电解质为碱性（当电解质为碱性（KOH）时，）时，负极：负极： ， 正极正极 ： ，2H2 4e- = 4 H+O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O2H2 + 4OH- 4e- =4H2OO2 + 2H2O + 4e- = 4OH-实验室用实验室用粗锌粗锌与硫酸反应制取氢气比与硫酸反应制取氢气比纯锌与硫酸反应制取氢气速率纯锌与硫酸反应制取氢气速率；快快组成原电池可加快负极材料反应速率组成原电池可加快负极材料反应速率47钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀和和吸氧腐蚀吸氧腐蚀比较比较析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件水膜呈水膜呈酸性酸性水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱电极反电极反应应负极负极FeFe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正极正极C2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应: Fe+2H+=Fe2+H22Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2