高二化学课件：4.2《化学电源》（新人教版选修4）.ppt

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1、第二节第二节 化学电源化学电源目标目标：1.了解常见的化学电源的种类和工作原理，知道了解常见的化学电源的种类和工作原理，知道 它们生产、生活与国防中的实际应用；它们生产、生活与国防中的实际应用；2.会写常见化学电源的电极反应式。会写常见化学电源的电极反应式。重点重点：化学电源的工作原理化学电源的工作原理难点难点：电极方程式的书写电极方程式的书写发明电池的故事 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家.有一天有一天,伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文文,说动物肌肉里贮存着电说动物肌肉里贮存着电,可以用金属

2、接触肌肉把电引可以用金属接触肌肉把电引出来出来.看了这篇论文看了这篇论文,伏特非常兴奋伏特非常兴奋,便决定亲自来做这个便决定亲自来做这个实验实验.他用许多只活青蛙反复实验他用许多只活青蛙反复实验,终于发现终于发现,实际情况并实际情况并不像加伐尼所说的那样不像加伐尼所说的那样,而是两种不同的金属接触产生而是两种不同的金属接触产生的电流的电流,才使蛙腿的肌肉充电而收缩才使蛙腿的肌肉充电而收缩.为了证明自己的发现是正确的为了证明自己的发现是正确的,伏特决定更深入地了伏特决定更深入地了解电的来源。解电的来源。为了纪念他的贡献为了纪念他的贡献,人们人们把电压的计量单位叫做伏特把电压的计量单位叫做伏特,简

3、称伏简称伏,符号符号V。比如我们手电筒里的电池的电压是。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。伏特。1.一次电池一次电池(干电池干电池):活性物质消耗到一定程度活性物质消耗到一定程度,就不能使用；就不能使用；2.二次电池二次电池(充电电池或蓄电池充电电池或蓄电池):放电后可以再放电后可以再充电使活性物质获得再生；充电使活性物质获得再生；3.燃料电池燃料电池:一种连续将燃料和氧化剂的化学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。能直接转换成电能的化学电池。化学电池的分类化学电池的分类衡量电池优劣的指标衡量电池优劣的指

4、标 a.a.比能量比能量:电池单位质量或单位体积所能输出电电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少能的多少,符号符号(Ah)/kg,(Ah)/L b.b.比功率比功率:电池单位质量或单位体积所能输出功电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小率的大小,符号符号W/kg,W/L c.c.储存时间储存时间:电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短1.普通锌锰干电池普通锌锰干电池:活性物质为活性物质为NH4Cl和淀粉糊作电解质和淀粉糊作电解质,还填有还填有MnO2 和炭黑和炭黑.电极反应式：电极反应式：负极负极:Zn-2eZn-2e-ZnZn2+2+正极正极:2NH2NH4 4+2e+2e-+2MnO

5、+2MnO2 2MnMn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3H H2 2 O O总反应总反应Zn+2NHZn+2NH4 4+2MnO+2MnO2 2=Zn=Zn2+2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O2.碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池:活性物质为活性物质为KOH和淀粉糊作电解质和淀粉糊作电解质,还还填有填有MnO2 和炭黑和炭黑.电极反应式：电极反应式：负极：负极：Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 正极：正极：2MnO2+2e-+2H2O 2MnOOH+2OH-总反应总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2一次电池一次电池:除特

6、殊情况外除特殊情况外,质量轻、体积小而输出电能多、质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池功率大、储存时间长的电池,更适合使用者的需要。更适合使用者的需要。3.高能电池：高能电池：(1)AgZn电池电池:负极为负极为Zn,正极为正极为Ag2O,电解质电解质:KOH,特点特点:比能量大、电压稳定、储存时间长、适宜小比能量大、电压稳定、储存时间长、适宜小 电流连续放电、便携等优点。电流连续放电、便携等优点。电极反应：电极反应：正极正极:Ag2O+H2O2e-2Ag+2OH-;负极负极:Zn+2OH-2e-ZnO+H2O;)。电池反应电池反应:Zn +Ag2O ZnO+2Ag(2)Li电

7、池电池:负极负极:Li,正极可以是正极可以是:CuO、FeS2、MnO2、C等等;无机溶剂亚硫酰氯无机溶剂亚硫酰氯 SOCl2 在炭极上发生还原在炭极上发生还原反应反应.电解液是由四氯铝化锂电解液是由四氯铝化锂 LiAlCl4 溶解于亚硫溶解于亚硫酰氯中组成酰氯中组成.它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应,生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。(-)8Li8e-=8Li+;(+)3SOCl2+8e-=6Cl-+2S+SO32-总反应总反应：8Li3SOCl26LiClLi2SO32S铅蓄电池：铅蓄电池：其电池反应可以正向和逆向进行其电池反应可以正向和逆

8、向进行.蓄电池放电蓄电池放电时为自发电池时为自发电池,充电时为电解池充电时为电解池.充电后电池容量得到恢充电后电池容量得到恢复复,充放电次数可达千百次充放电次数可达千百次.1.1.放电时电极反应式放电时电极反应式:负极负极:Pb+SO42-2e-PbSO4 正极：正极：PbO2+4H+SO42-+2e-PbSO4+2H2O总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O 2.(2.(充充放电放电)可逆反应式可逆反应式:充充电电时电极反应式与放电时电极反应时电极反应式与放电时电极反应式相反式相反,所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：Pb+

9、PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电二次电池二次电池电池电池特点特点:比能量高、电压高、储存时间长、工作比能量高、电压高、储存时间长、工作 温度宽等优点温度宽等优点(p76(p76表表1-1).1-1).1.氢氧燃料电池氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电池。一种高效低污染的新型电池。A.酸性条件下工作原理：酸性条件下工作原理：正极正极:O2+4H+4e-2H2O;负极负极:2H2-4e-4H+总总(电电池池)反应：反应：2H2+O22H2O B.碱性条件下工作原理：碱性条件下工作原理：正极正极:O2+2H2O 4e-4OH-;负极负极:2H2+4OH-4e-4H2O

10、 总总(电池电池)反应：反应：2H2+O22H2O 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接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转换成电能的化学电池.电池的电极本身不包含活性物电池的电极本身不包含活性物质质,只是一个催化转化元件只是一个催化转化元件.工作时工作时,燃料和氧化剂连续地燃料和氧化剂连续地由外部供给由外部供给,在电极上不断地进行反应在电极上不断地进行反应,生成物不断地被生成物不断地被排除排除,于是电池就连续不断地提供电能于是电池就连续不断地提供电能.清洁、能量转换清洁、能量转换率高的特点。率高的特点。燃料电池燃料电池:2.其它燃料电池：其它燃料电池：是用金属铂片插入是用金

11、属铂片插入KOH溶液作溶液作电极极,又在两极上分又在两极上分别通甲通甲烷 或其它烃或其它烃燃料燃料 和氧气和氧气 氧化氧化剂剂。电电极反极反应应式式为为：负极负极：CH410OH-8e CO32-7H2O；正极正极：4H2O2O28e 8OH。电池反应为：电池反应为：CH42O22KOHK2CO33H2O负极负极:Al-3eAl 3+;正极正极:2H2O+O2+4 e 4OH 电池总反应式为：电池总反应式为：4Al3O2+6H2O4Al OH 33.铝铝空气燃料电池空气燃料电池：已研制成功并已推广使用的已研制成功并已推广使用的铝铝空气燃料电池空气燃料电池,它的优点是：体积小、能量大、它的优点是

12、：体积小、能量大、使用方便、不污染环境、耗能少。这种电池可代替使用方便、不污染环境、耗能少。这种电池可代替汽油作为汽车的动力，还能用于收音机、照明电源、汽油作为汽车的动力，还能用于收音机、照明电源、野营炊具、野外作业工具等。野营炊具、野外作业工具等。1.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池,它可以取代会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式判断,下列叙述中正确的是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.

13、电电池放池放电时电时,镍镍元素被氧化元素被氧化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 放放电时该电时该装置作装置作为为原原电电池，池，氢氢元素由元素由0价升高价升高为为+1价，价，H2是是负负极，极，H原子失原子失电电子子变变成成H+离子，离子，负负极周极周围围溶液溶液的的pH不断减小。不断减小。镍镍元素由元素由+3价降低价降低为为+2价，价，镍镍元素被元素被还还原。因此原。因此A、B不正确，。充不正确，。充电时该电时该装置作装置作为电为电解池，解池，氢氢元素由元素由+1价降低价降低为为0价，价，氢氢元素被元素被还还原。原。C、D正确正确练

14、习练习:2.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,已已知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：负负极：极：Pb+SOPb+SO4 42-2-2e-2e-PbSOPbSO4 4 正极正极:PbOPbO2 2+4H+4H+SO+SO4 42-2-+2e+2e-PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O O今若制得今若制得ClCl2 2 0.050mol,0.050mol,这时电这时电池内消耗池内消耗n(Hn(H2 2SOSO4 4)至少是至少是()()A.0.025molA.0.025molB.0.050mol C.0.10mo

15、l D.0.20molB.0.050mol C.0.10mol D.0.20mol铅铅蓄蓄电电池的池的总总反反应应式式为为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。电电解解NaCl饱饱和和溶液溶液时时，电电路上有路上有2 mol电电子通子通过时过时消耗消耗2 mol的的H2SO4，此，此时时在阳极在阳极应产应产生生1 mol Cl2。若要制得。若要制得0.050mol Cl2，需消耗，需消耗H2SO4为为0.10 mol,即即C正确。正确。3.(20002000年全国高考理综题年全国高考理综题)熔融盐燃料电池具有高熔融盐燃料电池具有高的发电效率的发电效率,因而受到重视因而受到重视

16、,可用可用Li2CO3和和Na2CO3的的熔融盐混合物作电解质熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气为阳极燃气,空气与空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的下工作的燃料电池燃料电池,完成有关的电池反应式完成有关的电池反应式:阳极反应式：阳极反应式：2CO+2CO32-4e-=4CO2阴极反应式：阴极反应式：_，电池总反应式：电池总反应式：_。解析：解析：作为燃料电池作为燃料电池,总的效果就是把燃料进行燃总的效果就是把燃料进行燃烧烧.本题中本题中CO为还原剂为还原剂,空气中空气中O2为氧化剂为氧化剂,电池总电池总反应式为：反应式为：2CO+O2=2C

17、O2。用总反应式减去电。用总反应式减去电池负极池负极(即题目指的阳极即题目指的阳极)反应式反应式,就可得到电池正极就可得到电池正极(即题目指的阴极即题目指的阴极)反应式：反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-O2+2CO2+4e-=2CO32-2CO+O2=2CO2解析解析:KOH电解液电解液,总反应总反应负极反应负极反应,得正极反应：得正极反应：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq).电子由电子由Zn负极通过外电路到正极负极通过外电路到正极.1molZn失失2mol电子电子,外电路中每通外电路中每通过过O.2mol电子电子,Zn的质量理论上减小的质量

18、理论上减小6.5g.故答案为故答案为C项。项。4.(2004年江苏高考化学题年江苏高考化学题)碱性电池具有容量大、放电电碱性电池具有容量大、放电电流大的特点流大的特点,因而得到广泛应用因而得到广泛应用.锌锌-锰碱性电池以氢氧化钾锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液溶液为电解液,电池总反应式为：电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是下列说法错误的是()A.电池电池工作时工作时,锌失去电子锌失去电子B.电池正极电极反应为：电池正极电极反应为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)C.电池工作时电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极电子由正极通过外电路流向负极D.外电路每通过外电路每通过0.2mole-,理论上减小锌的质量理论上减小锌的质量6.5g同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全