高中化学选修四化学电源课件.ppt

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1、第四章第四章 电化学电化学1/24/20231普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 镍镍镉镉电电池池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 镍氢电池镍氢电池 纽扣电池纽扣电池索尼数码相索尼数码相机锂电池机锂电池2化学电源的分类：化学电源的分类：一次电池一次电池：电池中的反应物质在进行一次电化学：电池中的反应物质在进行一次电化学反应（放电）之后就不能再次使用了，即无法充反应（放电）之后就不能再次使用了，即无法充电再使用（只能废弃而不能再生）。这样的电池，电再使用（只能废弃而不能再生）。这样的电池，叫做一次电池。废弃的一次电池必须妥善处理，叫做一次电池。废弃的一次电池必须妥善处理，否则会造成矿产

2、资源的极大浪费和环境污染。否则会造成矿产资源的极大浪费和环境污染。二次电池二次电池：可以多次反复使用，放电后可以充电：可以多次反复使用，放电后可以充电复原再重新放电的电池，也称蓄电池、可充电电复原再重新放电的电池，也称蓄电池、可充电电池。池。三、三、连续电池：又称连续电池：又称燃料电池燃料电池。3、化学电池分类、化学电池分类化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池定义定义例子例子电池中的反应物电池中的反应物质进行一次氧化质进行一次氧化还原反应并放电还原反应并放电之后，就不能再之后，就不能再次利用次利用又称充电电池或又称充电电池或蓄电蓄电池池在放电后经充电可在放电后经充电

3、可使电池中的活性物质使电池中的活性物质获得重生，恢复工作获得重生，恢复工作能力，可多次重复使能力，可多次重复使用用是一种连续地将燃料是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学接转化成电能的化学电源，又称连续电池电源，又称连续电池干电池：干电池：电池中电池中的电解质溶液制的电解质溶液制成胶体，不流动，成胶体，不流动，故称干电池故称干电池铅蓄电池、铅蓄电池、锌银蓄电池、锌银蓄电池、镍镉电池、镍镉电池、锂离子电池锂离子电池氢气、甲醇、天然氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组气、煤气与氧气组成燃料电池。成燃料电池。如：普通锌锰电池、如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌碱性锌锰电

4、池、锌银纽扣电池银纽扣电池一、化学电池一、化学电池小型高性能小型高性能燃料电池燃料电池 4、化学电池优点：、化学电池优点：P P7474（）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。（）易维护，可在各种环境下工作。（）易维护，可在各种环境下工作。、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(A(Ah/kg)h/kg)，(A(Ah/L)h/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

5、出电能的多少（）（）比功率比功率 符号是符号是W/kgW/kg，W/L)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积所能输出功率的大小（3 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、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。功率大、储存时间长的电池，其质量好。5电池的总反应：电池的总反应：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4Cl=Zn(NHCl=Zn(NH3 3)2 2ClCl2 2+2MnO(OH)+2MnO(OH)1 1、干电池、干电池(普通锌普通锌-锰电池）锰

6、电池）干电池用锌制桶形外壳干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉和淀粉作电解质溶液，还填充作电解质溶液，还填充MnOMnO2 2的的黑色粉末吸收正极放出的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2，防止产生极化现象。防止产生极化现象。一、一次电池一、一次电池6干电池干电池电极电极:ZnZn为负极为负极,碳棒为正极碳棒为正极电解液电解液：NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和和淀粉糊淀粉糊另有黑色的另有黑色的MnOMnO2 2粉末，吸收正极产生的粉末

7、，吸收正极产生的H H2 2，防止产生极化现象。，防止产生极化现象。电极方程式：电极方程式：负极负极(Zn):Zn(Zn):Zn2e2e-ZnZn2 2正极：正极：2MnO2MnO2 2+2NH+2NH4 4+2e+2e-=Mn =Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O7碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极：正极：电池反应：电池反应：电解质：电解质：KOHKOHZnZnMnOMnO2 2Zn+2OHZn+2OH-2e-2e-=Zn(OH)=Zn(OH)2 22MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e-=2MnOOH+2OH=2MnOOH+2OH

8、-Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=2MnOOH+Zn(OH)O=2MnOOH+Zn(OH)2 2思考思考该电池的正负极材料和电解质该电池的正负极材料和电解质8银锌电池银锌电池ZnZn为负极为负极,AgAg2 2O O为正极为正极 电解液电解液:KOH:KOH溶液溶液电极反应式电极反应式:负极负极:ZnZn2OH2OH2e2e-Zn(OH)Zn(OH)2 2 正极正极:AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e-2Ag2Ag2OH2OH总反应式总反应式:ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2电池电池特点特点:比能量高、

9、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.9LiLi电池电池:负极负极:Li,:Li,正极可以是正极可以是:CuO:CuO、FeSFeS2 2 、MnOMnO2 2、C C等等;无机溶剂亚硫酰氯无机溶剂亚硫酰氯 SOSOClCl2 2 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 LiAlClLiAlCl4 4 溶解于亚溶解于亚硫酰氯中组成硫酰氯中组成.它的总反应是锂与亚硫酰氯发生它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应反应,生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。(-)8Li)8Li8 8e e-=8Li8

10、Li+;(+)3SOCl3SOCl2 2+8 8e e-=6Cl=6Cl-+2S+SO+2S+SO3 32 2-总反应总反应：8Li8Li3SOCl3SOCl2 26LiCl6LiClLiLi2 2SOSO3 32S2S10二、二次电池-蓄电池（1 1）铅蓄电池）铅蓄电池 正极正极材料上涂有棕褐材料上涂有棕褐色的色的PbOPbO2 2，负极负极材料是海材料是海绵状的绵状的金属铅金属铅，两极浸在，两极浸在H H2 2SOSO4 4溶液溶液中。中。写出电极反应式；分写出电极反应式；分析电子转移情况及电解质析电子转移情况及电解质溶液浓度的变化情况。溶液浓度的变化情况。11铅蓄电池铅蓄电池:电极：电极

11、：PbPb为负极为负极,PbO,PbO2 2为正极为正极.电解液电解液:30%30%的的H H2 2SOSO4 4溶液溶液 电极反应式电极反应式:放电时：放电时：为原电池为原电池 负极负极(Pb)(Pb)：PbPbSOSO4 42-2-2e2e-PbSOPbSO4 4 正极正极(PbO(PbO2 2)PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e-PbSOPbSO4 42H2H2 2O O总电池反应总电池反应:PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O充电时：充电时：为电解池为电解池 阴极阴极(Pb)(Pb)：PbSOPbSO4

12、 4 2e2e-PbPbSOSO4 42-2-阳极阳极(PbO(PbO2 2)PbSOPbSO4 42H2H2 2O O2e2e-PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 2总电解反应总电解反应:2PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 4通电通电12燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂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。的化学能直接转换成电能的化学电池。酸性电解质酸性电解质：负极：负极：2H2-4e-=4H+正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O总反应：总反应：2H2+O2=2H2O三、三、燃料电池燃

13、料电池(1)氢氧燃料电池氢氧燃料电池 13碱性电解质的氢氧燃料碱性电解质的氢氧燃料电池电池：航天技术上使用的航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用便、不污染环境等优点。用PtPt做电极，做电极，KOHKOH溶液做电解溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。似，故称为氢氧燃烧电池。请写出电极反应及电池反应式；若将氢气换成甲烷、请写出电极反应及电池反应式；若将氢气换成甲烷、甲醇，写出电极反应及电池反应式。甲醇，写出电极反应及电池反应式。14氢氧燃料电池氢氧燃料电池 (1)(1)电极电极:Pt:Pt制作的惰性

14、电极制作的惰性电极(2)(2)电解质溶液电解质溶液:KOH:KOH溶液溶液反应原理反应原理:碱性电解质碱性电解质负极负极:2H:2H2 2-4e-4e-+4OH+4OH-=4H=4H2 2O O正极正极:O:O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-总反应总反应:2H:2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O15 电极反应：负极：电极反应：负极：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O 正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应式：总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O(2)以以甲烷甲烷作燃料的燃料电池作燃料的燃料电池 电极为金属铂，

15、电解质为电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。，在两极分别通入甲烷和氧气。(3)(3)以以甲醇甲醇作燃料的燃料电池作燃料的燃料电池电极为金属铂，电解质为电极为金属铂，电解质为KOHKOH，在两极分别通入甲烷和氧气。，在两极分别通入甲烷和氧气。电极反应：负极：电极反应：负极：2CH2CH3 3OH+16OHOH+16OH-12e12e-=2CO=2CO3 32-2-+12H+12H2 2O O 正极：正极：3O3O2 2+6H+6H2 2O+12eO+12e-=12OH12OH-总反应式：总反应式：2CH2CH3 3OH+3OOH+3O2 2+4KOH=2K+4KOH=2K2

16、2COCO3 3+6H+6H2 2O O 16燃料电池的规律燃料电池的规律燃料做负极，助燃剂氧气为正极燃料做负极，助燃剂氧气为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。能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)80%)，普通的只有，普通的只有30%30%，有，有利于节约能源。利于节约能源。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17电极反应式的书写：电极反应式的书写：1.给出总反应式给出总反应式，写电极方程式，写电极方程式。以

17、反应以反应 2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，电解电解质溶液为质溶液为KOHKOH 为例为例。（1 1）根据总反应方程式，列出总式两边各元素）根据总反应方程式，列出总式两边各元素化合价变化化合价变化和和电电子转移子转移情况。情况。H:H:从从H H2 2的的0 0价价变为变为H H2 2O O的的+1+1价价 失电子失电子 氧化反应氧化反应 O:O:从从O O2 2的的0 0价价变为变为H2OH2O的的-2-2价价 得电子得电子 还原反应还原反应失电子，发生氧化反应的为负极：失电子，发生氧化反应的为负极：H H2 2变为变为H H2 2O,O,由总反应可由总反应可知，有知，

18、有4 4个氢原子个氢原子从从0 0价价变为变为+1+1价价，故，故负极失去负极失去4 4个电子个电子。负极：负极：2H2H2 2-4e-4e-=4H=4H+18（2 2）根据电解质溶液的酸碱性，用）根据电解质溶液的酸碱性，用H H+、OHOH-或其他离子或其他离子配平，使两边电荷总数相等。配平，使两边电荷总数相等。负极：负极：2H2H2 2-4e-4e-+4OH+4OH-=4H4H2 2O O（注意：电子带负电荷，在（注意：电子带负电荷，在碱性溶液中碱性溶液中，电极反应式，电极反应式不出现不出现H H+）同样的道理同样的道理，正极，正极O O2 2得到相同的电子数量得到相同的电子数量4 4个，

19、转化为个，转化为OHOH-正极正极:O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-（注意：当反应中生成物与反应物（注意：当反应中生成物与反应物H H和和O O元素的个数无元素的个数无法配平时，可以尝试添加法配平时，可以尝试添加H H2 2O O到反应中进行配平。）到反应中进行配平。）19总结：总结：各类电极反应式的一般书写步骤：各类电极反应式的一般书写步骤：1.1.列出物质，标出各元素价态变化，判断电列出物质，标出各元素价态变化，判断电子得失，断定正负极。子得失，断定正负极。2.2.选离子，配电荷。选离子，配电荷。根据电解质溶液的酸碱性，根据电解质溶液的酸碱性，用用H H+

20、、OHOH-或其他离子配平，使两边电荷总数相等。或其他离子配平，使两边电荷总数相等。3.3.配个数，巧用水配个数，巧用水。当反应中生成物与反应物当反应中生成物与反应物H H和和O O元素的个数无法配平时，可以尝试添加元素的个数无法配平时，可以尝试添加H H2 2O O到反到反应中进行配平。应中进行配平。4.4.两式加，验总式。两式加，验总式。20电极反应式的书写：电极反应式的书写：2.2.根据装置书写电极反应式，首先判断该电池所依据的根据装置书写电极反应式，首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定化学反应，从而确定2 2个半反应（即电极反应）个半反应（即电极反应）如：氢氧燃料电池，电解质溶液为

21、酸性溶液如：氢氧燃料电池，电解质溶液为酸性溶液总反应总反应：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O酸性装置原理分析：负极室通入装置原理分析：负极室通入H H2 2，它在，它在PtPt电极上被催化分解为电极上被催化分解为H H原子，再失去电子成为原子，再失去电子成为H H+进入进入电解质溶液，透过薄膜，进入电解质溶液，透过薄膜，进入正极室；在正极室通入正极室；在正极室通入O O2 2，经，经过过PtPt电极的催化，电极的催化，O O2 2、H H+在正极在正极上放电生成上放电生成H H2 2O O.负极负极:2H2H2 2-4e-4e-=4H=4H+正极正极:O O2 2+4H+4

22、H+4e+4e-=2H=2H2 2O O211.1.熔融盐燃料电池具有高的发电效率熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重因而受到重视视,可用可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔融盐混合物作电解质的熔融盐混合物作电解质,CO,CO为负极燃气为负极燃气,空气与空气与COCO2 2的混合气体为正极助燃的混合气体为正极助燃气，制得在气，制得在650650下工作的燃料电池下工作的燃料电池,完成有关的电完成有关的电池反应式池反应式:负极反应式：负极反应式：2CO+2CO2CO+2CO3 32 2-4e-4e-=4CO=4CO2 2正极反应式：正极反应式：_，电池总反应式

23、：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COCO为还原剂为还原剂,空气中空气中O O2 2为氧化剂为氧化剂,电池总电池总反应式为：反应式为：2CO+O2CO+O2 2=2CO=2CO2 2。用总反应式减去电池负。用总反应式减去电池负极反应式极反应式,就可得到电池正极反应式：就可得到电池正极反应式：O O2 2+2CO+2CO2 2+4e+4e-=2CO=2CO3 32-2-O O2 2+2CO+2CO2 2+4e+4e-=2CO=2CO3 32-2-2CO+O2CO+O2 2=2CO=2CO2 222解析解析:

24、KOH: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：2MnO2MnO2 2(s)+H(s)+H2 2O(l)+2eO(l)+2e-=Mn=Mn2 2O O3 3(s)+2OH(s)+2OH-(aq).(aq).电子由电子由ZnZn负极通过外电路到正极负极通过外电路到正极.1molZn.1molZn失失2mol2mol电子电子,外电路中每通外电路中每通过过O.2molO.2mol电子电子,Zn,Zn的质量理论上减小的质量理论上减小6.5g.6.5g.故答案为故答案为C C项。项。2.2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得

25、到广因而得到广泛应用泛应用.锌锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总电池总反应式为：反应式为：Zn(s)+2MnOZn(s)+2MnO2 2(s)+H(s)+H2 2O(l)=Zn(OH)O(l)=Zn(OH)2 2(s)+(s)+MnMn2 2O O3 3(s)(s)下列说法错误的是下列说法错误的是()()A.A.电池工作时电池工作时,锌失去电子锌失去电子B.B.电池正极电极反应为电池正极电极反应为:2MnO2MnO2 2(s)+H(s)+H2 2O(l)+2eO(l)+2e-=Mn=Mn2 2O O3 3(s)+2OH(s)+2OH-(aq)(aq)C.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.D.外电路每通过外电路每通过0.2mole0.2mole-,理论上减小锌的质量理论上减小锌的质量6.5g6.5g23减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源24