课题5：化学电源.ppt

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1、课题课题5：化学电源化学电源桐乡桐乡高级中学高级中学张锦松张锦松1、实用电池的特点、实用电池的特点能产生稳定而且具有较高电压能产生稳定而且具有较高电压的电流。的电流。安全、耐用且便于携带。安全、耐用且便于携带。能适用于特殊用途。能适用于特殊用途。便于回收处理，不污染环境便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。或对环境产生的影响较小。2、确定原电池电极名称的方法：、确定原电池电极名称的方法：方法一：根据电极材料的性质确方法一：根据电极材料的性质确定。定。（1）对于金属）对于金属金属电极，相金属电极，相对于电解质溶液来讲，活泼金对于电解质溶液来讲，活泼金属是负极，不活泼金属是正极。属是负极

2、，不活泼金属是正极。（2）对于金属）对于金属非金属电极，非金属电极，金属是负极，非金属是正极金属是负极，非金属是正极（3）对于金属对于金属化合物电化合物电极，金属是负极，化合物是极，金属是负极，化合物是正极正极方法二：根据电极反应的本身方法二：根据电极反应的本身来确定。来确定。失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极；负极；得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应 正极。正极。3 3、原电池的正负极和电子流向、原电池的正负极和电子流向 如何判断？如何判断？负极负极（）：）：电电 子子电电 流流是是不活泼金属或非金属不活泼金属或非金属，正极正极（+）：是是活泼金属活泼金属，本身本身失去电子失

3、去电子，发生发生氧化反应氧化反应。进电子进电子 ，本身不反应，本身不反应，得电子得电子发生发生还原反应还原反应。是溶液中的是溶液中的阳离子阳离子3、化学电源分类：、化学电源分类：一次电池和二次电池一次电池和二次电池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锂离子电池锂离子电池镍氢电池镍氢电池5、常见电池介绍：、常见电池介绍：1、锌锰电池：、锌锰电池：（普通家用电池）（普通家用电池）（1）锌锰电池锌锰电池：是用锌制筒形外壳作是用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充正极，在石墨周围填

4、充ZnClZnCl2 2、NHNH4 4ClCl和和淀粉糊作电解质，还填有淀粉糊作电解质，还填有MnOMnO2 2黑色粉末，黑色粉末，吸收正极放出的氢气，防止产生极化现吸收正极放出的氢气，防止产生极化现象。电极反应为：象。电极反应为：负极（锌筒）负极（锌筒）：Zn2e=Zn2+正极（石墨）：正极（石墨）：2NH4+2e=2NH3+2H2H2+2MnO2=2MnO（OH）淀淀粉粉糊糊的的作作用用是是提提高高阴阴、阳阳离离子子在在两极的迁移速率。两极的迁移速率。电池的总反应式为：电池的总反应式为：Zn+2MnO2+2NH4Cl=Zn（NH3）2Cl2+ZnCl2+2MnO（OH）干电池电动势通常为

5、干电池电动势通常为1.5V，不能充不能充电再生。电再生。（2）银锌原电池（纽扣式电池）：银锌原电池（纽扣式电池）：是用不锈钢制成的一个由正极壳和负是用不锈钢制成的一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，形似纽扣，故称极盖组成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨组成的正极活性材料，另一端填充墨组成的正极活性材料，另一端填充锌汞合金组成的负极活性材料。电极锌汞合金组成的负极活性材料。电极反应如下：反应如下：锌：锌：Zn+2OH2e=Zn（OH）2氧氧化化银银：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH锌是负极，发生氧化反应；氧化锌是负极，发生氧化反应；氧

6、化银是正极，发生还原反应。银是正极，发生还原反应。总反应为：总反应为：Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag电池电动势通电池电动势通常为常为1.59V，使用寿命较长。使用寿命较长。放电放电充电充电（3）铅蓄电池铅蓄电池：是用硬橡胶或透明塑料制：是用硬橡胶或透明塑料制成的长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色成的长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的的PbO2，负极板是海绵状的金属铅，两极负极板是海绵状的金属铅，两极浸在浸在H2SO4溶液中，且两极间用微孔橡胶或溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。铅蓄电池既可放电也可充电。微孔塑料隔开。铅蓄电池既可放电也可充电。放电时起到原电池的作用，电极

7、反应式为：放电时起到原电池的作用，电极反应式为：负极（负极（Pb）：）：Pb+SO42-2e=PbSO4正极（正极（PbO2）：）：PbO2+SO42+4H+2e=PbSO4+2H2O总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O当放电进行到硫酸的浓度降当放电进行到硫酸的浓度降低，溶液的密度达到低，溶液的密度达到1.18gcm3时应停止使用，需时应停止使用，需充电。充电。放电放电充电充电（4）镍氢电池）镍氢电池的充放电特性：镍氢的充放电特性：镍氢电池由镍氢化合物正电极、储氢合电池由镍氢化合物正电极、储氢合金负电极以及碱性电解液金负电极以及碱性电解液(比如比如30%的氢氧化钾

8、溶液的氢氧化钾溶液)组成，充、放电时组成，充、放电时的电化学反应式如下：的电化学反应式如下：电池正极：电池正极：NiO（OH）+e-NiO+OH-电池负极：电池负极：MH+OH-e-M+H2O电池总反应：电池总反应：MH+NiO(OH)NiO+M+H2O在以上各方程中，在以上各方程中，(正方向正方向)正向化学反应方向为蓄正向化学反应方向为蓄电池放电时的化学反应方向，电池放电时的化学反应方向，(反反方向方向)反向化学反应方向为蓄电池反向化学反应方向为蓄电池充电时的化学反应方向。充电时的化学反应方向。放电放电充电充电（5）氢氧燃料电池氢氧燃料电池，它是一种，它是一种高效低污染的新型电池，主要用高效

9、低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，碳电极上嵌有微细为活化电极，碳电极上嵌有微细分散的铂等金属作催化剂，如铂分散的铂等金属作催化剂，如铂电极、活性炭电极等，具有很强电极、活性炭电极等，具有很强的催化活性。电解质溶液一般为的催化活性。电解质溶液一般为40%40%的的KOHKOH溶液。溶液。电极反应式为电极反应式为(碱性碱性)：负极负极2H24OH 4e 4H2O正极正极22H2O4e 4OH 电池总反应式为：电池总反应式为：2H222H2O电极反应式为电极反应式为(酸性酸性)：负极负极2H2-4e-=4H+正正 极极 O2+4H+4e-=2

10、H2O电池总反应式为：电池总反应式为：2H222H2O讲解讲解P42活动活动与探究：与探究：（6）甲烷燃料电池是用金属铂片插）甲烷燃料电池是用金属铂片插入入KOH溶液作电极，又在两极上分溶液作电极，又在两极上分别通甲烷别通甲烷 燃料燃料 和氧气和氧气 氧化剂氧化剂。电。电极反应式为：极反应式为：负负极极：CH410OH8e CO32-7H2O；正极：正极：4H2O2O28e 8OH。电池总反应式为：电池总反应式为：CH42O22KOHK2CO33H2O甲醇甲醇空气空气燃料电池燃料电池是最近摩托是最近摩托罗拉公司拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及明的一种由甲醇和氧气以及强碱作碱作为电解解质溶液的新

11、型手机溶液的新型手机电池，池，电量是量是现有有镍氢电池或池或锂电池的池的10倍。倍。其其电极反极反应式式为：负极：极：2CH3OH+16OH-12e-=2CO32-+12H2O正极：正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反反应式式为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O（1）、电极材料及原料）、电极材料及原料7、锂电池、锂电池摩托罗拉摩托罗拉6188/6288原装锂电池原装锂电池索尼数码相索尼数码相机锂电池机锂电池（2）、电解质溶液）、电解质溶液金属锂作负极，石墨作正极。金属锂作负极，石墨作正极。无机溶剂亚硫酰氯无机溶剂亚硫酰氯 SOClSOCl2 2 在在碳极上发生

12、还原反应。碳极上发生还原反应。电解液是由四氯铝化锂电解液是由四氯铝化锂 LiAlClLiAlCl4 4 溶溶解于亚硫酰氯中组成。解于亚硫酰氯中组成。（3 3）电池的总反应式为：）电池的总反应式为：8 8LiLi3SOCl3SOCl2 26LiCl6LiClLiLi2 2SOSO3 32S2S锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其它金属作负极相比极，跟用相同质量的其它金属作负极相比较，能在较小的体积和质量下能放出较多较，能在较小的体积和质量下能放出较多的电能，放电时电压十分稳定，贮存时间的电能，放电时电压十分稳定，贮存时间长，使用寿命大大延长

13、。锂电池是一种高长，使用寿命大大延长。锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，已用于电脑、率高和贮存寿命长的优点，已用于电脑、照相机、手表、心脏起博器上工作。照相机、手表、心脏起博器上工作。8 8、海海水水电电池池：1 1991991年年，我我国国首首创创以以铝铝空空气气海海水水电电池池为为能能源源的的新新型型电电池池，用用作作海海水水标标志志灯灯已已研研制制成成功功。该该电电池池以以取取之之不不尽尽的的海海水水为为电电解解质质溶溶液液，靠靠空空气气中中的的氧氧气气使使铝铝不不断断氧氧化化而而产产生生电电流流。只只要要把把灯

14、灯放放入入海海水水中中数数分分钟钟，就就会会发发出出耀耀眼眼的的白白光光。负负极极材材料料是铝，正极材料可以用石墨。是铝，正极材料可以用石墨。电极反应式为：电极反应式为：负负极极反反应应：Al3e Al3+，正正极极 反反 应应：2H2O O2 4e 4OH。电电池池总总反反应应式式为为：4Al3O26H2O4Al OH 3这种海水电池其能量比干电池高这种海水电池其能量比干电池高2050倍。倍。9、碱性、碱性镍镉电池池该电池以池以Cd和和NiO(OH)作作电极材料，极材料，NaOH作作电解解质溶液。其溶液。其电极反极反应式式为：负极：极：Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2正极：正极：2NiO

15、(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-总反反应式式为：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)210、熔融、熔融盐燃料燃料电池池该电池用池用Li2CO3和的和的Na2CO3熔融熔融盐混合物作混合物作电解解质，CO为阳极燃气，空气与阳极燃气，空气与CO2的混合气的混合气为阴极助燃气，制得在阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃下工作的燃料料电池。熔融池。熔融盐燃料燃料电池具有高的池具有高的发电效率，因而受到重效率，因而受到重视。其。其电极反极反应式式为：负极：极：2CO+2CO32-4e-=4CO2正正极：极：O2+2CO2+4e-=2CO32-总反反应式

16、式为：2CO+O2=2CO2练习：甲醇燃料电池可用于笔记本电脑等，练习：甲醇燃料电池可用于笔记本电脑等，它一极通入氧气，另一极通入甲醇；电解它一极通入氧气，另一极通入甲醇；电解质能传导质能传导H+。电池工作时，电池工作时，2CH3OH3O2=2CO24H2O,下列说法正确下列说法正确的是的是()A.通甲醇一极为正极通甲醇一极为正极。B.正极电极反应式正极电极反应式3O2+12H+12e-=6H2OC.电池电池工作时电子从甲醇一极流向氧气一极。工作时电子从甲醇一极流向氧气一极。D.当转移当转移24mole-时，消耗的甲醇时，消耗的甲醇2mol随着人们生活质量的不断提高，废电池必随着人们生活质量的

17、不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是首要原因是A利用电池外壳的金属材料利用电池外壳的金属材料B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染土壤和水源的污染C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D回收其中石墨电极回收其中石墨电极练习与巩固答案为答案为B熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用重视，可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物作电的熔融盐混合物作电解质，解质，CO为阳极燃气，空气与为阳极燃气，

18、空气与CO2的混合气体为的混合气体为阴极助燃气，制得在阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：成有关的电池反应式：阳极反应式：阳极反应式：2CO+2CO32-4CO2+4e-阴极反应式：阴极反应式：_总电池反应式：总电池反应式：_练习与巩固2CO+O22CO2O2+2CO2+4e-2CO32-1 1、氢氧燃料电池以、氢氧燃料电池以H H2 2为还原剂，为还原剂，O O2 2为氧化为氧化剂，电极为多孔镍，电解液为剂，电极为多孔镍，电解液为30%的的KOH溶液，下列有关叙述正确的是（溶液，下列有关叙述正确的是（）负极反应为负极反应为4OH-4-=O22H

19、2O负极反应为负极反应为H22OH-2-=2H2O工作时正极区工作时正极区pHpH升高，负极区升高，负极区pHpH降低降低工作时溶液中阴离子移向正极工作时溶液中阴离子移向正极A、B、C、D、拓展练习拓展练习：2、可以将反应、可以将反应Zn+Br2=ZnBr2设计成蓄电池，下列设计成蓄电池，下列4个电极反应个电极反应Br2+2e-=2Br-2Br-2e-=Br2Zn-2e-=Zn2+Zn2+2e-=Zn其中表示放电时其中表示放电时的负极反应和放电时的正极反应的的负极反应和放电时的正极反应的分别是分别是（）A、和和B、和和C、和和D、和和3、将锌片和铜片用导线连接置于同、将锌片和铜片用导线连接置于

20、同一稀硫酸中，使两极相隔一段较长距一稀硫酸中，使两极相隔一段较长距离下列叙述中正确的是离下列叙述中正确的是（）A、正极附近正极附近SO42的浓度逐渐增大的浓度逐渐增大B、正极附近正极附近Zn2+的浓度逐渐增大的浓度逐渐增大C、负极附近负极附近Zn2+浓度明显减小浓度明显减小D、正极附近正极附近H+浓度明显减小浓度明显减小4 4、碱碱性性电电池池具具有有容容量量大大、放放电电电电流流大大的的特特点点。锌锌锰锰碱碱性性电电池池以以氢氢氧氧化化钾钾溶溶液液为为电电解解 液液，电电 池池 总总 反反 应应 式式 为为：Zn(s)+2MnOZn(s)+2MnO2 2(s)+H(s)+H2 2O(l)=Z

21、n(OH)O(l)=Zn(OH)2 2(s)+Mn(s)+Mn2 2O O3 3(s)(s)，下列说法错误的下列说法错误的A A、电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B B、电电 池池 正正 极极 的的 电电 极极 反反 应应 式式 为为：2 2MnOMnO2 2(s)+H(s)+H2 2O(1)+2eO(1)+2e=Mn=Mn2 2O O3 3(s)+2OH(s)+2OH(aqaq)C C、电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D D、外外电电路路中中每每通通过过0.20.2molmol电电子子，锌锌的的质质量量理理论论上上减小减小6.56.5g g