42化学电源（1课时）.pptx

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1、一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理、性能一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理、性能及其应用。及其应用。1.1.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用反应原理及应用 。2.2.常识性介绍日常生活中常用的化学电源常识性介绍日常生活中常用的化学电源，并能从并能从电极反应的角度认识常见电源的化学原理。电极反应的角度认识常见电源的化学原理。请回顾原电池的相关知识并完成下表请回顾原电池的相关知识并完成下表:一个概念一个概念两个电极两个电极负极负极正极正极三个三个流向流向电子电子电流电流离子离子四个条件四个条件将化学能转化为电能的装置将化

2、学能转化为电能的装置 较活泼金属较活泼金属失电子失电子发生氧化反应发生氧化反应不活泼金属或非金属导体不活泼金属或非金属导体得电子得电子发生还原反应发生还原反应负极负极外电路外电路正极正极正极正极外电路外电路负极负极阳离子阳离子正极，阴离子正极，阴离子负极负极活动性不同的两个电极活动性不同的两个电极电解质溶液电解质溶液闭合电路闭合电路自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应20192019年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 - -锂离子电池的荣耀锂离子电池的荣耀 在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的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？其它应用吗？ 电池电池化学电

3、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电池广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子电池广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品，在高科技、军事、生产行业也有特殊应用。产品，在高科技、军事、生产行业也有特殊应用。1.1.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？2.2.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？3

4、.3.目前化学电池主要分为哪几大类？产生电能的基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？本原理是什么？各自有什么特点？一、化学电池简介一、化学电池简介（1 1）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。（2 2）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的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。电池和电池组，使用方便。（3 3）易维护，可在各种环境下工作。）易维护，可在各种环境下工作。1.1.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？2.2.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

5、？（1）比能量，指电池单位质量或单位体积所能输出）比能量，指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。电能的多少。 单位是单位是(Wh)/kg，(Wh)/L（2）比功率，指电池单位质量或单位体积所）比功率，指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。能输出功率的大小。单位是单位是W/kg，W/L)（3）电池的可储存时间的长短。）电池的可储存时间的长短。（1 1）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。（2 2）二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池，如，如蓄电池蓄电池。（3 3）燃料电池燃料电池，如氢氧燃料电池。，如氢氧燃料电池。3.3.目前化学电池主要分为哪几大

6、类？产生电能的基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？本原理是什么？各自有什么特点？1.1.碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池碱性锌锰电池的优点：碱性锌锰电池的优点：大电流、稳定，比能量大、大电流、稳定，比能量大、可储存时间长，不会气涨可储存时间长，不会气涨或漏液。或漏液。电池总反应：电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)21.1.碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池电池总反应：电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2负极反应：负极反应：正极反应：正极反应：电解质：电解质：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)22MnO2

7、+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-KOH2.2.纽扣电池纽扣电池银锌电池银锌电池负极反应：负极反应：正极反应：正极反应：总反应：总反应：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-Ag2O+Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag优点：优点：比能量大、电压稳定、存比能量大、电压稳定、存储时间长、低污染。储时间长、低污染。用途：用途：广泛用于电子手表、计广泛用于电子手表、计算器等算器等3.3.锂电池锂电池锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：总反应式：总反应式：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：负极：正极：正极：优点：优点

8、：质轻、高能质轻、高能( (比能量高比能量高) )、电压、电压高、工作温度宽、可存储时间长。高、工作温度宽、可存储时间长。用途：用途：广泛应用于军事和空间领域。广泛应用于军事和空间领域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S原电池电极反应方程式的书写方法：原电池电极反应方程式的书写方法：(1)(1)明确正、负极；明确正、负极；(2)(2)根据电极反应类型确定在电极上发生反应的物质；根据电极反应类型确定在电极上发生反应的物质；(3)(3)结合电解液的成分利用结合电解液的成分利用“三个守恒三个守恒”( (电子守恒、电子守恒、电荷守恒、原子守恒电荷守恒、原子守恒)

9、)写出写出( (凑出凑出) )电极反应方程式。电极反应方程式。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：Pb电解质：电解质：H2SO4溶液溶液(2)工作机制工作机制铅蓄电池为典型的可充电电池，其工作原理分为铅蓄电池为典型的可充电电池，其工作原理分为放电和充电两个过程。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(aq) =2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：正极：PbO2(s)+4H+(aq) +SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H

10、2O(l) 负极：负极：放电过程放电过程（化学能转化成电能）（化学能转化成电能）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还原反应还原反应氧化反应氧化反应充电过程总反应：充电过程总反应：阳极：阳极：阴极：阴极：充电过程充电过程（电能转化成化学能）（电能转化成化学能）2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq) PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq) +SO42-(aq) 还原反应还原反应氧化反应氧化反应Pb(s)+PbO2(s)+

11、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2PbSO4(s)+2H2O(l)充电充电放电放电充电充电放电放电充电充电还原反应还原反应氧化反应氧化反应还原反应还原反应氧化反应氧化反应(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、安全可可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉靠、价格低廉2.2.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、聚合物锂离子镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池等蓄电池等大有发展前景的燃料电池大有发展前

12、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、甲醇等燃料与等燃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化学能直接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。目前转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化燃料电池的能量转化率可达近率可达近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。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、及硫氧化物、氮氧化物等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世世纪纪3030年代末，经反复试验、

13、改进，到年代末，经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代年代才开始进入实用阶段。才开始进入实用阶段。能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)，有利于节约能源。，有利于节约能源。1.燃料电池与前几种电池的差别燃料电池与前几种电池的差别氧化剂与还原剂在工作时不断补充；氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出反应产物不断排出;2.2.燃料电池简介燃料电池简介燃料作负极，助燃剂氧气作正极燃料作负极，助燃剂氧气作正极电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。作用。优点：优点： 能量转化率高，可持续使用，对环境友好。能量转化率高，可持续使用

14、，对环境友好。广泛应用于宇宙飞船、电动起初、航天飞广泛应用于宇宙飞船、电动起初、航天飞机等，应用前景广阔。机等，应用前景广阔。用途：用途：负极反应负极反应：正极反应正极反应：总反应式：总反应式：3.3.氢氧燃料电池氢氧燃料电池2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O(1)(1)酸性介质酸性介质O2+2H2=2H2O负极反应负极反应：正极反应正极反应：总反应式：总反应式：(2)(2)碱性介质碱性介质O2+2H2=2H2O2H2+4OH-4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-燃料电池的应用燃料电池的应用1.将铂丝插入将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分溶液作电极，然后

15、向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极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，通入甲烷的一极为上反应的实质判断，通入甲烷的一极为_，这一极，这一极的电极反应为的电极反应为_；通入氧；通入氧气的一极为气的一极为_，电极反应为，电极反应为_，总反应为总反应为_。负极负极CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O正极正极O2+2H2O+4e-=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O2.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用到重视，可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合的熔融盐混合物用作电解质，物用作电解质，CO为燃气，空气与为燃气，空气与CO2的混的混合气为助燃气，制得在合气为助燃气，制得在6500下工作的燃料电下工作的燃料电池池,完成有关的电池反应式完成有关的电池反应式:负极反应式负极反应式为为,正极反应式为正极反应式为O2+2CO2+4e=2CO32-, ,总电池反应式总电池反应式为为。2CO+2CO32-4e-=4CO22CO+O2=2CO2