高中化学选修四第四章化学电源精选PPT课件.ppt
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1、关于高中化学选修四第四章化学电源第1页,此课件共50页哦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各类电池各类电池第2页,此课件共50页哦化学电池的分类化学电池的分类一次电池一次电池(干电池):活性物质消耗到一(干电池):活性物质消耗到一定程度,就不能使用;定程度,就不能使用;二次电池二次电池(充电电池或蓄电池):放电后(充电电池或蓄电池):放电后可以再充电使活性物质获得再生;可以再充电使活性物质获得再生;燃料电池燃料电池:一种连续将:一种连续将燃料燃料和和氧化剂氧化剂的化的化学能直接转换成电能的化学电池。学能直接转换成电能的化学电池。第3页,此课件共50页哦化学
2、电池优点化学电池优点()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)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。电压的电池和电池组,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。第4页,此课件共50页哦判断电池优劣的标准判断电池优劣的标准()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
3、积所能输出功率的大小(3)电池的储存时间的长短)电池的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,其质量好。大、储存时间长的电池,其质量好。第5页,此课件共50页哦干电池干电池碳碳棒棒(+)(+)氯化铵氯化铵MnO2锌锌皮皮(-(-)负极负极:Zn-2e-=Zn2+正极正极:2NH4+2e-=2NH3+H2总反应总反应:2Zn+4NH4Cl+4MnO2=2Mn2O3+Zn(NH3)4Cl2+ZnCl2+2H2O普通锌锰电池普通锌锰电池H2+2MnO2=Mn2O3+H2O4NH3+Zn2+=Zn(NH3)42+一
4、次电池:一次电池:第6页,此课件共50页哦电极电极:ZnZn为负极为负极,碳棒为正极碳棒为正极电解液:电解液:NH4Cl、ZnCl2和和淀粉糊。淀粉糊。电极方程式:电极方程式:负极负极(Zn):Zn2e-Zn2总反应式总反应式:正极正极(石墨石墨):2NH4+2e-2NH3+H2Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2第7页,此课件共50页哦二氧化锰的用途:二氧化锰的用途: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,防止产生极化现象。极化现象。缺点:缺点:放电量小,放电过程中易气涨或漏液。放电量小,放电过程中易气涨或漏液。第8页,此课件共5
5、0页哦 随着用电器朝着小型化、随着用电器朝着小型化、多功能化发展的要求,对电多功能化发展的要求,对电池的发展也提出了小型化、池的发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。多功能化发展的要求。体积小、性能好的碱性锌锰体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特电池应运而生。这类电池的重要特征是征是电解液由原来的中性变为离子导电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性,负极也由锌片改为电性更好的碱性,负极也由锌片改为锌粉,反应面积成倍增长,使放电电锌粉,反应面积成倍增长,使放电电流大幅度提高。流大幅度提高。第9页,此课件共50页哦锌粉和KOH的混合物MnO2金属外壳碱性锌锰电池碱性锌锰电池
6、第10页,此课件共50页哦总反应:总反应:2MnO22H2OZnZn(OH)22MnOOH 负极是负极是Zn、正极是、正极是MnO2、电解质是、电解质是KOH 正极:正极:2MnO22H2O2e2MnOOH2OH 负极:负极:Zn2OH2eZn(OH)2 改进后的优点改进后的优点:电流稳定,比能量和可储存时间均有提高,电流稳定,比能量和可储存时间均有提高,适用于大电流和连续放电,适用于大电流和连续放电,不会气涨或漏液。不会气涨或漏液。第11页,此课件共50页哦锌银电池锌银电池正极:正极:Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH总反应:总反应:Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag 这种电
7、池比能量大、电压稳定,储存时间长,适这种电池比能量大、电压稳定,储存时间长,适宜小电流连续放电,常制成纽扣式电池,广泛用于电宜小电流连续放电,常制成纽扣式电池,广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。负极:负极:Zn2OH2eZn(OH)2 第12页,此课件共50页哦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 3+2S+
8、2S负极:负极:;正极:;正极:。8Li-8e8Li-8e-=8Li=8Li+3SOCl3SOCl2 2+8e+8e-=6Cl=6Cl-+SO+SO3 32-2-+2S+2S第13页,此课件共50页哦 锂是密度最小的金属,用锂作为电池的锂是密度最小的金属,用锂作为电池的负极,跟用相同质量的其他金属作负极相比负极,跟用相同质量的其他金属作负极相比较,使用较,使用 寿命大大延长。寿命大大延长。锂电池的比能量高锂电池的比能量高电压高,工作温度宽,可储存时间长。电压高,工作温度宽,可储存时间长。由于锂电池性能优异,广泛应用于军事和由于锂电池性能优异,广泛应用于军事和空间领域,民用领域以微小功率为主,例
9、如用空间领域,民用领域以微小功率为主,例如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等的电源。作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等的电源。锂电池的特点及用途锂电池的特点及用途第14页,此课件共50页哦铅蓄电池铅蓄电池二次电池:二次电池:第15页,此课件共50页哦铅蓄电池铅蓄电池(1 1)正负极材料。)正负极材料。正极:正极:PbO2负极:负极:Pb电解质溶液:电解质溶液:H2SO4(aq)第16页,此课件共50页哦放电放电过程过程Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极:正极:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O 还原反应还原反应负极:负极:氧化反应氧化反应充电过程充电过程PbSO4
10、+2e-=Pb+SO42-还原反应还原反应阴极:阴极:阳极:阳极:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42-氧化反应氧化反应接电源接电源负极负极接电源接电源正极正极Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)放电放电充电充电第17页,此课件共50页哦缺点: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、聚合物锂离子蓄镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂
11、离子蓄电池电池随着信息技术的发展,特别是移动通信及笔记本电脑等的迅随着信息技术的发展,特别是移动通信及笔记本电脑等的迅速发展,迫切需要小型化、供电方便、工作寿命长、自放电率低、速发展,迫切需要小型化、供电方便、工作寿命长、自放电率低、记忆效率低、不需要维护的电池。记忆效率低、不需要维护的电池。第18页,此课件共50页哦锌银蓄电池锌银蓄电池 充电充电放电放电正极填充正极填充Ag2O和石墨,负极填充锌汞和石墨,负极填充锌汞合金,电解质溶液合金,电解质溶液KOH。反应式为:。反应式为:2Ag+Zn(OH)2Zn+Ag2O+H2O第19页,此课件共50页哦此电池放电时,负极上发生反应的物质是(此电池放
12、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-第20页,此课件共50页哦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-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极:正极:2NiO(OH
13、)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-镉镍电池镉镍电池 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。第21页,此课件共50页哦氢氢镍电池镍电池电池反应电池反应:H2+2NiOOH=2Ni(OH)2负极:负极:H2+2OH-2e-=2H2O 正极:正极:2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2 OH-第22页,此课件共50页哦燃料电池燃料电池一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电一种连续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。电池的电极本身电池的电极本身不包含活性物质,不包含活性物质,只是只是一个催化转化元件。一个催
14、化转化元件。工作时,燃料和氧化剂连续地由工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排除,于是电池就连续不断地提供电能。有清洁、被排除,于是电池就连续不断地提供电能。有清洁、能量转换率高的特点。能量转换率高的特点。第23页,此课件共50页哦燃料燃料 O2 电解质电解质溶液溶液 电极材料电极材料:多孔性镍、铂:多孔性镍、铂 电解质溶液电解质溶液:KOH等强碱、等强碱、H2SO4等强酸、等强酸、NaCl等盐溶液等盐溶液1 1、燃料电池的构成、燃料电池的构成 常见燃料:常见燃料:H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等等
15、第24页,此课件共50页哦e-e-H2O2负极负极:2H2-4e-=4H+正极正极:O2+4H+4e-=2H2O总反应总反应:2H2+O2=2H2O电解质溶液为酸性电解质溶液为酸性:电解质溶液为碱性电解质溶液为碱性:负极负极:2H2+4OH-4e-=4H2O正极正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:2H2+O2=2H2OAPt(-)Pt(+)氢氧燃料电池工作原理氢氧燃料电池工作原理负极室负极室正极室正极室隔膜隔膜电解质电解质溶液溶液氢氧燃料电池氢氧燃料电池第25页,此课件共50页哦介质电池总反应:2H2+=2H2O酸性负极正极中性负极正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+O2+2
16、H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-氢氧燃料电池氢氧燃料电池第26页,此课件共50页哦介质电池反应:2H2+=2H2O负极正极负极正极2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O 2H2-4e-+2O2=2H2OO2+4e-=2O2 固体燃料电池固体燃料电池第27页,此课件共50页哦再写正极再写正极 反应:反应:O22H2O4e4OH 酸性酸性 先写总反应:先写总反应:燃料在氧气中的燃烧燃料在氧气中的燃烧燃料电池的电极反应的书写:燃料电池的电极反应的书写:若有若有CO2生成,且电解质为
17、强碱时,生成,且电解质为强碱时,考虑考虑CO2+2OH=CO32+H2OO24H+4e 2H2O 碱性碱性 最后写负极反应:最后写负极反应:总反应减去正极反应总反应减去正极反应第28页,此课件共50页哦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、甲醇等燃料与等燃料与氧气或空氧气或空气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。目前燃料电池的类原电池。目前燃料电池的能量转化率能量转化率可达近可达近80%80%,远高,远高于普通燃烧过程(于普通燃烧过程(30%30%),
18、),有利于节约能源有利于节约能源。燃料电池。燃料电池排排放的废弃物少得多,放的废弃物少得多,噪声也低。噪声也低。被人们誉为被人们誉为“绿色绿色”发电站。发电站。缺点:输出电压较低,一般需要串联,体积较缺点:输出电压较低,一般需要串联,体积较大,又要不断供给反应物,排出生成物,附属大,又要不断供给反应物,排出生成物,附属设备较多。设备较多。第29页,此课件共50页哦减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源第30页,此课件共50页哦1、实验实验室用室用铅铅蓄蓄电电池作池作电电源源电电解解饱饱和食和食盐盐水制取水制取氯氯气,气,已知已知铅铅蓄蓄电电池放池放电时发电时发生如下反生如下反应应:负极:
19、;正极:今若制得今若制得Cl2 0.050mol,这时电这时电池内消耗的池内消耗的H2SO4的物的物质质的量至少是的量至少是:A0.025molB0.050molC0.10molD0.20mol第31页,此课件共50页哦2、氢镍电氢镍电池是近年开池是近年开发发出来的可充出来的可充电电电电池,它可以取代会池,它可以取代会产产生生镉污镉污染的染的镉镍电镉镍电池。池。氢镍电氢镍电池的池的总总反反应应式是式是 根据此反根据此反应应式判断,下列叙述中正确的是:式判断,下列叙述中正确的是:A电电池放池放电时电时,电电池池负负极周极周围围溶液的溶液的pH值值不断增大不断增大B电电池放池放电时电时,镍镍元素被
20、氧化元素被氧化C电电池充池充电时电时,氢氢元素被元素被还还原原D电电池放池放电时电时,H2是是负负极极C、D第32页,此课件共50页哦、在含有、在含有H H2 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:,可采用如下方法: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,使银器与铝接触良好过一段时间,银器与铝接触良好过一段时间,银器表面变为银白色,并闻到臭鸡银器表面变为银白色,并闻到臭鸡蛋的气味,观察到有少
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