高二化学化学电源.ppt

（2013年广东高考题）设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。1、完成原电池甲的装置示意图（见图），并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。2、铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极。3、甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是。,1,思考：如何设计一个原电池，其原电池反应为：2KI+2FeCl3=2FeCl2+2KCl+I2，写出电极名称和电极反应式。,2,化学电源,3,几种常见电池和新型电池：,干电池：普通锌-锰电池、碱性锌-锰电池蓄电池：铅蓄电池、镍-镉可充电电池、银锌钮扣电池锂电池：新型燃料电池：氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、熔融盐燃料电池等,4,普通锌锰电池,碱性电池,镍镉电池,小型高性能燃料电池,镍氢电池,纽扣电池,索尼数码相机锂电池,5,化学电源的分类：,一次电池：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，否则会造成矿产资源的极大浪费和环境污染。二次电池：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、可充电电池。燃料电池：又称连续电池。,6,电池的总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH),普通锌-锰电池,电池的总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2+2Mn2O3+2NH3+H2O,碱性锌-锰电池,一次电池,7,（2）银锌电池,中国第1颗人造地球卫星东方红-1用银锌电池作电源。,8,正极是，负极是，电解质溶液KOH。反应式为：Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2写出电极反应式。,银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。,锌银纽扣电池,9,电极材料及原料电解质溶液优点应用领域,正极：金属氧化物负极：锂,质量轻、电压高、工作效率高、贮存寿命长。,有机溶剂,电脑、照相机、手表、心脏起博器等。,3、锂电池,10,永久性人造心脏问世,人造心脏由4个部分组成，即金属钛制成的心脏本体、一个微型锂电池、一个计算机操纵系统以及外接电池组。人造心脏本体可取代患者心脏的左右心室，微型锂电池和操纵系统植入患者腹腔，用以提供动力。外接电池组可通过安装在腹部皮肤下的能量传输装置对微型锂电池进行充电。,11,铅蓄电池,正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是海绵状的金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。写出电极反应式；分析电子转移情况及电解质溶液浓度的变化情况。,二次电池,12,1、电极材料及原料：2、电解质溶液：3、电极反应式：,正极：PbO2负极：Pb,H2SO4溶液,负极（Pb）:Pb-2e-+SO42-=PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,正极（PbO2）:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,总反应：,4、优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉5、应用领域：,13,镍镉电池,Cd+2NiOOH+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2,总反应：,14,为什么废旧纽扣电池应专门回收？,钮扣电池含有汞，当其废弃在自然界里，外层金属锈蚀后，汞就会慢慢从电池中溢出来，进入土壤或在下雨之后进入地下水，再通过农作物进入人体，损伤人的内脏。在微生物的作用下，无机汞可以转变成甲基汞，聚积在鱼类的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细胞，使人的神经系统受到严重破坏，重者会发疯致死。日本水俣病就是甲基汞所致。,15,在锂电池家族中,有特高容量而且自放电率特别低的,主要使用在工业自动化仪表仪器中的锂亚硫酰氯电池;也有长寿又安全的用于心脏起搏器的锂碘电池;还有在环境温度一二百度条件下应用于井下的锂氧化铜电池,及在照相机中使用的锂,16,微型锂电池：,上述锌锰电池等干电池的电解质都是水溶液（糊状物），不是真正的“干”电池。真正的干电池的电解质是固体电解质。固体电解质是可以传导离子的固体，也叫快离子导体。锂碘电池可作为真正的干电池的代表。它的负极是金属锂，正极是I3-的盐，固体电解质为能够传导锂离子的LiI晶体，可将放电时负极产生的锂离子传导到正极与碘的还原产物I-结合。可用于心脏起搏器。,17,4、新型燃料电池：,燃料电池是继水力、火力、核能发电之后的第四类发电化学能发电。人类社会发展到今天，主要能源仍是矿物燃料，能量利用率不超过40%。在电池中燃料直接氧化而发电的装置就是燃料电池。通常的燃料是：氢气、丙烷、甲醇等，氧化剂为空气中的氧气或纯氧。,18,燃料电池的基本设计是：电极是用镍、银、钯、铂等金属粉末压制成可以透过气体的多孔又可导电的特殊材料制作的；（燃料电池的电极有双重作用，其一是作为电的导体；其二是提供足够的表面积使电极的活性物质分子分解为原子物种，然后发生电子转移。这实际为一种电催化过程，铂、镍、铑这些金属是很好的电催化剂。）两个电极之间充满着含有可以移动离子的电解质；氢氧化钾水溶液、熔融盐、传递质子的膜或者固体电解质等。,燃料电池,19,20,燃料（例如，氢、肼、一氧化碳、甲烷、乙炔）和氧化剂分别从负极和正极的外侧源源不断地通过电极里的微孔进入电池体系，并分别在各自的电极上受到电极材料的催化而发生氧化和还原反应，同时产生电流。在燃料电池中，燃料与氧化剂连续不断的输送到电池内，同时电池反应产物持续不断地排出电池，故燃料电池又称连续电池。燃料电池中能量转换率可高达80%。,21,1、氢氧燃料电池：航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，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、甲醇，写出电极反应及电池反应式。,22,【思考】,一种新型燃料电池，它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷和氧气。电极反应为：负极：正极：电池总反应：,2O2+4H2O+8e-=8OH-,CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,23,熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐（在阴极充入CO2气作助燃剂）。反应原理如下：阴极（正极）：O2+2CO2+4e-=2CO32-阳极（负极）：2H2+2CO32-=2CO2+2H2O+4e总反应：O22H2=2H2O,2、熔融盐燃料电池,24,25,原电池正负极的判断方法：,（1）根据两极的金属活泼性判断：（2）根据电子流动的方向判断：（3）根据发生的反应判断：发生氧化反应的一极为负极；发生还原反应一极的为正极。（4）根据原电池中的现象判断：若负极发生氧化反应，则表现为它的不断溶解（如，质量减轻等）；若阳离子在正极发生还原反应，则表现为正极上有气泡逸出或有物质析出。,26,电池应用及对环境影响,电池在许多方面都有应用，军事上应用,移动装置上的应用，居民家庭的应用，空间领域的应用，固定的应用，运输上的应用等。一颗钮扣电池就能污染大约60万升水，相当于一个人一生的用水量，一节1号电池烂在土壤中，能使1平方米的土地失去农业利用价值。早在1971年召开的国际环境会议上，就提出了对环境污染最严重的五大害：汞、镉、铅、滴滴涕（DDT）和多氯联苯（PCB），其中与电池污染相关的就有三种，即汞、镉、铅。上述三种金属广泛存在于电池中，使用者丢弃后，电池在环境中自然腐蚀，大部分有害物质以各种形态进入环境中，直接污染水资源，再通过食物链进入人体，危害着人们的健康生活。,27,迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已投入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相同的工作电压(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合金储氢材料作为负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其成为一种绿色环保电池。锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧化物作正极和有机电解质构成，其工作电压为36伏，因此一个锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起来的，由于应用了无汞化的锌粉及新