电能与化学能精.ppt

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1、电能与化学能第1页，本讲稿共23页化学能与电能（二）化学能与电能（二）第2页，本讲稿共23页1 1、干电池、干电池 干电池是一种伏打电池,利用某种吸收剂(如木屑或明胶)使内含物成为不会外溢的糊状。常用作手电筒照明、收音机等的电源。酸性锌锰干电池是最早进入市场的实用电池（1）普通锌锰干电池普通锌锰干电池第3页，本讲稿共23页（1）锌锰干电池的结构特点负极（锌筒）：负极（锌筒）：正极（石墨）：正极（石墨）：总反应：总反应：电极反应：电极反应：Zn-2eZn-2e=Zn=Zn2+2+2NH2NH4 4+2e+2e=2NH=2NH3 3 +H+H2 2 Zn+2NHZn+2NH4 4+=Zn=Zn2+

2、2+2NH+2NH3 3+H+H2 2 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。锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌-锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等第4页，本讲稿共23页（2）碱性干电池）碱性干电池n碱性电池是个人音响、照相机等地首选电源。碱性电池碱性电池 电解液电解液:中性中性NH4Cl碱性碱性KOH（离（离子导电性更好）子导电性更好）负极：锌片负极：锌片锌粉（反应面积成倍增锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）长，使放电电流大幅度提高）优点：优点：比能量和储存时间

3、有所提高，适用于比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电大电流和连续放电第5页，本讲稿共23页（3 3）纽扣电池）纽扣电池负极：负极：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O 正极：正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag电极反应：电极反应：用途：用途：电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的。所需电流是微安或毫安级的。第6页，本讲稿共23页2 2、充电电池、充电电池1 1、充电电池：、充电电池：、充电电池：、充电电池：氧化还原反应在氧化还原反应在氧化还原反应在氧化还原

4、反应在充电充电充电充电时可以时可以时可以时可以逆向逆向逆向逆向进行。进行。进行。进行。2 2、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池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第7页，本讲稿共23页用途：用途：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、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。生产、生活等领域。铅

5、蓄电池：铅蓄电池：铅蓄电池：铅蓄电池：最早最早最早最早使用的充电电池。使用的充电电池。使用的充电电池。使用的充电电池。（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。第8页，本讲稿共23页铅蓄电池工作原理铅蓄电池工作原理负极负极（PbPb）：）：Pb-2ePb-2e-+SO+SO4 42-2-=PbSO=PbSO4 4正极正极（PbOPbO2 2）：）：PbOPbO2 2+4H+4H+SO+SO4 42-2-+2e-=PbSO+2e-=PbSO4 4 +2H+2H2 2O O原电池反应：PbO2+2

6、H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O第9页，本讲稿共23页（2）镍镉电池镍镉电池特点：特点：体积小，便于携带。可重复使用500次以上。寿命比铅蓄电池长。镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势。H2+NiO(OH)2 Ni(OH)2+H2O。放电充电镍镍镉镉电电池池电极反应电极反应（KOH为电解液）用途：用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、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。2NiO(OH)+2H2O+Cd 2Ni(OH)2+Cd(OH)2放电放电充电充电第10页，本讲稿共23页（3）锂电池）锂电池 以锂为负极的以锂为负极的非水电解质非水电解质电池有几

7、十种，其中性能最好、电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液作为电解质溶液：负极：负极：Li e Li+正极：正极：MnO2 e Li+LiMnO2 总反应：总反应：Li MnO2 LiMnO2第11页，本讲稿共23页锂离子电池锂离子电池锂离子电池是新一代可充电的锂离子电池是新一代可充电的锂离子电池是新一代可充电

8、的锂离子电池是新一代可充电的绿色电池绿色电池绿色电池绿色电池。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：现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、心脏起心脏起心脏起心脏起搏器搏器搏器搏器等低功耗电器的主流。等低功耗电器的主流。等低功耗电器的主流。等低功耗电器的主流。笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池第12页，本讲稿共23页 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

9、、镉、汞、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

10、收利用废旧电池的回收利用第13页，本讲稿共23页3、燃料电池高效、环境友好的化学电池它的电极材料一般为活性电极，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 第14页，本讲稿共23页氢氧燃料电池正负极材料正负极材料正极：通正极：通氧气氧气（氧化剂）（氧化剂）负极：通负极

11、：通氢气氢气（燃料）（燃料）电解质：电解质：H H2 2SOSO4 4溶液溶液/NaOH/NaOH溶溶液液/Na/Na2 2SOSO4 4溶液溶液电极电极：使用使用铂铂电极电极或者或者多孔多孔性碳性碳第15页，本讲稿共23页HH2 2OO2 2HH2 2OO（1）酸性氢氧燃料电池电解质：电解质：H H2 2SOSO4 4溶液溶液使用使用铂铂电极电极电极反应电极反应电极反应电极反应负极：负极：负极：负极：2H2H2 2 -4e-4e-4H4H+正极：正极：正极：正极：OO2 2+4H+4H+4e+4e-2H 2H2 2OO总反应：总反应：总反应：总反应：2H2H2 2+O+O2 22H2H2 2

12、OO第16页，本讲稿共23页电极反应电极反应电极反应电极反应负极：负极：负极：负极：2H2H2 2+4OH+4OH-4e-4e-4H4H2 2OO正极：正极：正极：正极：OO2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-4OH 4OH-总反应：总反应：总反应：总反应：2H2H2 2+O+O2 22H2H2 2OO（2）碱性氢氧燃料电池KOH溶液溶液H2 O2 2 H2Oa极极 b极极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：反应物不是储存在电池内。与其它电池区别：反应物不是储存在电池内。O2 O2-酸性环境：O2-2H+H2

13、O碱性环境：O2-H2O2OH-注：注：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 第17页，本讲稿共23页例例1 1：写出甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧：写出甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧化钾溶液）的电极反应式及总方程式：化钾溶液）的电极反应式及总方程式：正极：正极：2O2O2 2+8e+8e-+4H+4H2 2O=8OHO=8OH-负极：负极：CHCH4 4+10 OH OH-8e=CO-8e=CO3 32-2-+7H+7H2 2O O总反应：总反应：CHCH4 4+2O+2O2 2+2OH+2OH-=CO=CO3

14、 32-2-+3H+3H2 2O O 反应后溶液的反应后溶液的pH如何变化？如何变化？PHPH值降低值降低第18页，本讲稿共23页KOH溶液溶液H2O2H2Oa b例例2 2：19691969年美国年美国“阿波罗阿波罗1111号号”登月成登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。孔隙逸出，并在电极表面放电。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 ab

15、第19页，本讲稿共23页例三：例三：1991年，我国首创以铝空气海水为能源的年，我国首创以铝空气海水为能源的新型电池，称之为海洋电池。它是一种无污染、长效、新型电池，称之为海洋电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源。它靠海水中的溶解氧与铝反应产生稳定可靠的电源。它靠海水中的溶解氧与铝反应产生电能的。为获得海水中只含有电能的。为获得海水中只含有0.5%的溶解氧，科学家的溶解氧，科学家把正极制成仿鱼鳃的网状结构，以增大表面积，吸收把正极制成仿鱼鳃的网状结构，以增大表面积，吸收海水中的微量溶解氧。这些氧在海水电解液作用下与海水中的微量溶解氧。这些氧在海水电解液作用下与铝反应，源源不断地产生电能。

16、铝反应，源源不断地产生电能。总反应式：4Al3O2十6H2O4Al(OH)3负极反应式：正极反应式：4Al12e4Al3 3O26H2O十12e12OH 特点特点：海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长期储存。第20页，本讲稿共23页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第21页，本讲稿共23页化学电池化学电池 干电池（一次电池一次电池）充电电池（二次电池二次电池）燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池（Pb-PbO2-H2SO4）氢氧燃料电池氢氧燃料电池（酸性、中碱性）（酸性、中碱性）锂离子电池锂离子电池镍镉镍镉蓄电池蓄电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池一、化学电池的分类一、化学电池的分类甲烷甲烷燃料电池燃料电池第22页，本讲稿共23页第23页，本讲稿共23页