化学电源2.ppt

第二节化学电源 目标 1 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 2 会写常见化学电源的电极反应式 重点 化学电源的工作原理 难点 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 有一天 伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文 说动物肌肉里贮存着电 可以用金属接触肌肉把电引出来 看了这篇论文 伏特非常兴奋 便决定亲自来做这个实验 他用许多只活青蛙反复实验 终于发现 实际情况并不像加伐尼所说的那样 而是两种不同的金属接触产生的电流 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 伏特决定更深入地了解电的来源 为了纪念他的贡献 人们把电压的计量单位叫做伏特 简称伏 符号V 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220伏特 1 一次电池 干电池 活性物质消耗到一定程度 就不能使用 2 二次电池 充电电池或蓄电池 放电后可以再充电使活性物质获得再生 3 燃料电池 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 化学电池的分类 衡量电池优劣的指标 a 比能量 电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 符号 A h kg A h Lb 比功率 电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 符号W kg W Lc 储存时间 电池的储存时间的长短 1 普通锌锰干电池 活性物质为NH4Cl和淀粉糊作电解质 还填有MnO2和炭黑 电极反应式 负极 Zn 2e Zn2 正极 2NH4 2e 2MnO2 Mn2O3 2NH3 H2O总反应Zn 2NH4 2MnO2 Zn2 Mn2O3 2NH3 H2O2 碱性锌锰干电池 活性物质为KOH和淀粉糊作电解质 还填有MnO2和炭黑 电极反应式 负极 Zn 2e 2OH Zn OH 2正极 2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 一次电池 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 更适合使用者的需要 3 高能电池 1 AgZn电池 负极为Zn 正极为Ag2O 电解质 KOH 特点 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 电极反应 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 负极 Zn 2OH 2e ZnO H2O 电池反应 Zn Ag2O ZnO 2Ag 2 Li电池 负极 Li 正极可以是 CuO FeS2 MnO2 C等 无机溶剂亚硫酰氯 SOCl2 在炭极上发生还原反应 电解液是由四氯铝化锂 LiAlCl4 溶解于亚硫酰氯中组成 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 8Li 8e 8Li 3SOCl2 8e 6Cl 2S SO32 总反应 8Li 3SOCl2 6LiCl Li2SO3 2S 铅蓄电池 其电池反应可以正向和逆向进行 蓄电池放电时为自发电池 充电时为电解池 充电后电池容量得到恢复 充放电次数可达千百次 1 放电时电极反应式 负极 Pb SO42 2e PbSO4正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O总反应 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O2 充放电 可逆反应式 充电时电极反应式与放电时电极反应式相反 所以可以把上述反应写成一个可逆反应式 Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 2H2O 二次电池 电池特点 比能量高 电压高 储存时间长 工作温度宽等优点 p76表1 1 1 氢氧燃料电池 一种高效低污染的新型电池 A 酸性条件下工作原理 正极 O2 4H 4e 2H2O 负极 2H2 4e 4H 总 电池 反应 2H2 O2 2H2OB 碱性条件下工作原理 正极 O2 2H2O 4e 4OH 负极 2H2 4OH 4e 4H2O总 电池 反应 2H2 O2 2H2O 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 电池的电极本身不包含活性物质 只是一个催化转化元件 工作时 燃料和氧化剂连续地由外部供给 在电极上不断地进行反应 生成物不断地被排除 于是电池就连续不断地提供电能 清洁 能量转换率高的特点 燃料电池 2 其它燃料电池 是用金属铂片插入KOH溶液作电极 又在两极上分别通甲烷 或其它烃燃料 和氧气 氧化剂 电极反应式为 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 正极 4H2O 2O2 8e 8OH 电池反应为 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 负极 Al 3e Al3 正极 2H2O O2 4e 4OH 电池总反应式为 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 3 铝 空气燃料电池 已研制成功并已推广使用的铝 空气燃料电池 它的优点是 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 1 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池 它可以取代会产生镉污染的镉镍电池 氢镍电池的总反应式是根据此反应式判断 下列叙述中正确的是 A 电池放电时 电池负极周围溶液的pH值不断增大B 电池放电时 镍元素被氧化C 电池充电时 氢元素被还原D 电池放电时 H2是负极 放电时该装置作为原电池 氢元素由0价升高为 1价 H2是负极 H原子失电子变成H 离子 负极周围溶液的pH不断减小 镍元素由 3价降低为 2价 镍元素被还原 因此A B不正确 充电时该装置作为电解池 氢元素由 1价降低为0价 氢元素被还原 C D正确 练习 2 实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气 已知铅蓄电池放电时发生如下反应 负极 Pb SO42 2e PbSO4正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O今若制得Cl20 050mol 这时电池内消耗n H2SO4 至少是 A 0 025molB 0 050molC 0 10molD 0 20mol 铅蓄电池的总反应式为 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 电解NaCl饱和溶液时 电路上有2mol电子通过时消耗2mol的H2SO4 此时在阳极应产生1molCl2 若要制得0 050molCl2 需消耗H2SO4为0 10mol 即C正确 3 2000年全国高考理综题 熔融盐燃料电池具有高的发电效率 因而受到重视 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质 CO为阳极燃气 空气与CO2的混合气体为阴极助燃气 制得在650 下工作的燃料电池 完成有关的电池反应式 阳极反应式 2CO 2CO32 4e 4CO2阴极反应式 电池总反应式 解析 作为燃料电池 总的效果就是把燃料进行燃烧 本题中CO为还原剂 空气中O2为氧化剂 电池总反应式为 2CO O2 2CO2 用总反应式减去电池负极 即题目指的阳极 反应式 就可得到电池正极 即题目指的阴极 反应式 O2 2CO2 4e 2CO32 O2 2CO2 4e 2CO32 2CO O2 2CO2 解析 KOH电解液 总反应 负极反应 得正极反应 2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq 电子由Zn负极通过外电路到正极 1molZn失2mol电子 外电路中每通过O 2mol电子 Zn的质量理论上减小6 5g 故答案为C项 4 2004年江苏高考化学题 碱性电池具有容量大 放电电流大的特点 因而得到广泛应用 锌 锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液