选修4_第四章_第二节节_化学电源教学课件.ppt

化学电源 第二节 1 组成原电池的条件 有两种活动性不同的金属 或一种是非金属导体 作电极电极材料均插入电解质溶液中两极相连形成闭合电路一个自发进行的氧化还原反应 复习 2 正负极的判断 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 形形色色的电池 用途广泛的电池 用于汽车的铅蓄电池和燃料电池 化学电池 用途广泛的电池 用于 神六 的太阳能电池 笔记本电脑专用电池 手机专用电池 摄像机专用电池 各式各样的纽扣电池 阅读课文P74页并回答系列问题 1 化学电池与其它能源相比有哪些优点 2 判断电池的优劣标准主要是什么 3 目前化学电池主要分哪几大类 能量转换效率高 供能稳定可靠 使用方便 易于维护 并可在各种环境下工作 单位质量或单位体积所能输出电能的多少 即比能量的大小 输出功率的大小即比功率的大小以及电池的存储时间的长短 通过日常生活和学习 你知道哪些电池 它们都是化学电池吗 它们在哪些方面得到应用 电池 化学电池 太阳能电池 原子能电池 将化学能转换成电能的装置 将太阳能转换成电能的装置 将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器转变为电能的装置 电池的分类 化学电池的分类 化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源 又称连续电池 电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后 就不能再次利用 又称充电电池或蓄电池 放电后经充电可使电池中的活性物质获得再生 恢复工作能力 可多次重复使用 一 一次电池介绍 一次电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰电池 锌银电池 锂电池 普通锌锰干电池 Zn NH4Cl ZnCl2 MnO2 C 普通锌 锰干电池 负极 锌筒 Zn 2e Zn2 正极 石墨 2MnO2 2NH4 2e Mn2O3 2NH3 H2O总反应 Zn 2MnO2 2NH4 Zn2 Mn2O3 2NH3 H2O也可以 负极 锌筒 Zn 2e Zn2 正极 石墨 2NH4 2e 2NH3 H2总反应 Zn 2NH4 Zn2 2NH3 H2 优点 制作简单 价格便宜 缺点 放电时间短 电压下降快 Zn NH4Cl ZnCl2 MnO2 C 随着用电器朝着小型化 多功能化发展的要求 对电池的发展也提出了小型化 多功能化发展的要求 体积小 性能好的碱性锌 锰电池应运而生 这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性 负极也由锌片改为锌粉 反应面积成倍增长 使放电电流大幅度提高 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正极 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 碱性电池 碱性锌锰电池 Zn KOH MnO2 氢氧化氧锰 优缺点简析 缺点 多数只能一次使用 不能充电 价格较贵 优点 比能量和储存时间有所提高 适用于大电流和连续放电 其它一次电池 锌银电池 锂电池 锌银电池 纽扣电池 Zn KOH Ag2O 负极 Zn Zn 2OH 2e Zn OH 2正极 Ag2O Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 电池总反应 Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 锂电池 锂电池是新一代高能电池 目前已研究成功多种锂电池 其中用廉价的r MnO2作正极活性材料 电解液是LiClO4溶于碳酸丙烯 简称PC 和二甲基氧乙烷 简称DMF 的混合溶剂中 浓度为1mol L 其浓度比是PC DME 1 1 电池反应为 负极的反应 Li e Li 正极的反应 Li MnO2 e LiMnO2 电池总反应 Li MnO2 LiMnO2 锂是密度最小的金属 用锂作为电池的负极 跟用相同质量的其他金属作负极相比较 使用寿命大大延长 锂电池的比能量高电压高 工作温度宽 由于锂电池性能优异 广泛应用于军事和空间领域 民用领域以微小功率为主 例如用作电脑 手表 照相机 心脏起搏器等的电源 锂电池的特点及用途 二 二次电池介绍 二次电池 铅蓄电池 镉镍电池 氢镍电池 锌银电池 锂离子电池 聚合物锂离子电池 铅蓄电池 Pb H2SO4 PbO2 负极 Pb Pb s SO42 aq 2e PbSO4 s 正极 PbO2 PbO2 s 4H aq SO42 aq 2e PbSO4 s 2H2O l 总反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 铅蓄电池放电的电极反应 阴极PbSO4 s 2e Pb s SO42 aq 阳极PbSO4 s 2H2O l 2e PbO2 s 4H aq SO42 aq 总反应 2PbSO4 s 2H2O l Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 铅蓄电池充电的反应 接电源负极 接电源正极 铅蓄电池的充放电过程 优缺点简析 缺点 比能量低 笨重 废弃电池污染环境 优点 可重复使用 电压稳定 使用方便 安全可靠 价格低廉 其它二次电池 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 聚合物锂离子蓄电池 镉镍电池与氢镍电池 镉镍电池总反应 氢镍电池总反应 课后思考 根据上面所给的总方程式 你能写出各极发生的反应方程式吗 新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂 氧化剂物质全部贮藏在电池内 而是在工作时 不断从外界输入 同时将电极反应产物不断排出电池 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 氢氧燃料电池 优缺点简析 缺点 体积较大 附属设备较多 优点 能量转换率高 噪音低 清洁 对环境友好 氧化剂与还原剂在工作时不断补充 反应产物不断排出 能量转化率高 超过80 普通的只有30 有利于节约能源 燃料电池的规律 燃料电池与前几种电池的差别 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 只起传导电子的作用 其它燃料电池 烃 肼 甲醇 氨 煤气燃料电池 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 4e 2O2 2H2O O2 4e 2O2 固体燃料电池 书写电极反应式应注意以下几点 1 电极反应是一种离子反应 遵循书写离子反应的所有规则 如 拆 平 2 将两极反应的电子得失数配平后 相加得到总反应 总反应减去一极反应即得到另一极反应 3 负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物 与溶液的酸碱性有关 如 4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在 在碱性溶液中以CO32 形式存在 4 溶液中不存在O2 在酸性溶液中它与H 结合成H2O 在碱性或中性溶液中它与水结合成OH 减少污染节约资源 风力发电地热发电生活垃圾发电核电潮汛发电 发电 请考虑 化学电池有污染 这个问题如何解决 开发新能源 化学电池与新能源 光合作用有二氧化碳与水合成葡萄糖 同时放出氧气 写出化学方程式 6CO2 g 6H2O l C6H12O6 g 6O2 g 光 叶绿体 设想将写成的反应式倒过来 可设计成一个原电池 产生电流 这样 我们通过正逆反应 就从太阳能产生了电能 写出这种原电池的电极反应 负极 C6H12O6 6H2O 24e 6CO2 24H 正极 O2 4H 4e 2H2O 化学电池的创新设想 小结 化学电源 1 一次电池 2 二次电池 3 燃料电池 锌锰干电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池 掌握每一类典型电池的正负极 电极反应 了解每一类电池的优缺点 对其它电池有初步的认识 典例讲解 1 航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能 轻便和不污染环境等优点 氢氧燃料电池有酸式和碱式两种 它们放电时的电池总反应方程式都可表示为 2H2 O2 2H2O 酸式氢氧燃料电池的电解质是酸 其负极反应可表示2H2 4e 4H 则其正极反应表示为 碱式氢氧燃料电池的电解质是碱 其正极反应表示为O2 2H2O 4e 4OH 则其负极反应可表示为 O2 4H 4e 2H2O 2H2 4OH 4e 4H2O 2 蓄电池在放电时是起原电池作用 充电时是起电解池作用 爱迪生电池分别在充电和放电时发生的反应为 根据爱迪生蓄电池的原理作出的下列判断中正确的是 放电时 Fe为负极 NiO2为正极 充电时阳极上的电极反应为 Ni OH 2 2e 2OH NiO2 2H2O 放电时 电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 蓄电池的电极必须浸在某种酸性溶液中 蓄电池的电极必须浸在某种碱性溶液中A 和 B 只有 C 和 D 和 典例讲解 A 3 下图为氢氧燃料电池原理示意图 按照此图的提示 下列叙述正确的是A a电极是负极B b电极的电极反应为 4OH 4e 2H2O 2 C 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极D 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 典例讲解 AD 4 据报道 最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池 电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍 可连续使用一个月才充一次电 其电池反应为 2CH3OH 3O2 4OH 2CO32 6H2O 则下列说法错误的是 放电时CH3OH参与反应的电极为正极 充电时电解质溶液的pH逐渐增大 放电时负极的电极反应为 CH3OH 6e 8OH CO32 6H2O 充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子 A 典例讲解 5 如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图 甲醇在催化剂作用下提供质子 H 和电子 电子经外电路 质子经内电路到达另一极与氧气反应 电池总反应式为 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 下列说法中正确的是A 右边的电极为电池的负极 b处通入的是空气B 左边的电极为电池的负极 a处通入的是甲醇C 电池负极的反应式为 CH3OH H2O 6e CO2 6H D 电池的正极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH BC 典例讲解 6 将洁净的铁片和其它金属片A B C D分别放在浸有NaCl溶液的滤纸上并压紧 如图所示 在每次实验时 记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下 请回答下列问题 在第 组组成的原电池中 一段时间后 铁片上出现了红褐色物质 请用电极反应方程式和化学反应方程式表示其产生红褐色物质的过程 负极 2Fe 4e 2Fe2 正极 O2 4e 2H2O 4OH 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 24Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 A B C D四种金属的金属性强弱顺序 金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜 C A D B 若滤纸改用NaOH溶液浸润 则在滤纸上能看到有蓝色物质析出的是 填字母 金属 其对应的原电池的电极反应式为 负极正极 B 2Cu 4e 2Cu2 O2 4e 2H2O 4OH B 7 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NaLi2CO3的熔融盐混合物作电解质 CO为燃气 空气与CO2的混合气为助燃气 制得在650 下工作的燃料电池 下列说法正确的是 A 正极反应式 O2 2H2O 4e 4OH B 负极反应式 CO CO32 2e 2CO2C 燃料电池工作时CO32 离子向正极迁移D 燃料电池的总反应为2CO O2 2CO2 典例讲解 BD 8 2004年江苏高考 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 电流总反应式为 Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列说法错误的是A 电池工作时 锌失去电子B 电池正极电极反应式为 2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过0 2mol电子 锌的质量理论上减小6 5g C 典例讲解 9 下图是一种正在投入生产的大型蓄电系