高中化学 4.2《化学电源》课件新人教版选修4.ppt

第四章电化学基础 第二节化学电源 2020年4月16日星期四 化学电源 学与问 在日常生活和学习中 你用过哪些电池 你知道电池的其它应用吗 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能转换器转变为电能的装置 思考 看书74页 目前化学电池主要分为哪几个大类 在性能等方面它们各有什么特点 产生电能的基本原理是什么 化学电池与其他能源相比有哪些优点 判断电池的优劣标准主要是什么 知识点1 化学电池 1 概念 将化学能变成电能的装置 2 分类 一次电池又称不可充电电池 如 干电池 二次电池又称充电电池 蓄电池 燃料电池 3 优点 4 电池优劣的判断标准 能量转换效率高 供能稳定可靠 可以制成各种形状和大小 不同容量和电压的电池和电池组 使用方便 易维护 可在各种环境下工作 比能量 符号 w h kg w h l 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 比功率 符号是w kg w l 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 电池的储存时间的长短 锂电池 干电池 叠层电池 纽扣电池 各类电池 知识点2 各类电池 空气电池 小型高性能燃料电池 1 干电池 普通锌锰电池 干电池用锌制桶形外壳作负极 位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极 在 zncl2和淀粉作电解质溶液 还 填充mno2的黑色粉末吸收正极放出的h2 防止产生极化现象 电极总的反应式为 zn 2mno2 2nh4cl zncl2 mn2o3 2nh3 h2o 请写出各电极的电极反应 一 一次电池 练 写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式 负极 正极 总反应 通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了 我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生 请推测可能是干电池中的什么成分起了作用 zn 2e zn2 2nh4 2mno2 2e mn2o3 h2o 2nh3 锌筒变软 电池表面变得不平整 mno2 zn 2mno2 2nh4cl zncl2 mn2o3 2nh3 h2o 碱性锌 锰干电池 负极 正极 电池反应 电解质 koh zn mno2 zn 2oh 2e zn oh 2 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh zn 2mno2 2h2o 2mnooh zn oh 2 思考 该电池的正负极材料和电解质 2 迷你型电池 优点 电压高 稳定 低污染 用途 手表 相机 计算器等 hgo s zn s hg l zno s ag2o s zn s 2ag l zno s 3 锂电池 锂亚硫酰氯电池 li socl2 8li 3socl2 6licl li2so3 2s负极 正极 用途 质轻 高能 比能量高 高工作效率 高稳定电压 工作温度宽 高使用寿命 广泛应用于军事和航空领域 8li 8e 8li 3socl2 8e 6cl so32 2s 铅蓄电池 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 1 铅蓄电池 1 正负极材料 正极 pbo2 负极 pb 2 工作机制 电解质 h2so4溶液 铅蓄电池为典型的可充电电池 其电极反应分为放电和充电两个过程 二 二次电池 放电过程总反应 pb s pbo2 s 2h2so4 2pbso4 s 2h2o pb s so42 2e pbso4 s 正极 pbo2 s 4h so42 2e 2pbso4 s 2h2o 氧化反应 还原反应 负极 放电过程 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程 pb s pbo2 s 2h2so42pbso4 s 2h2o l 充电过程 pbso4 s 2e pb s so42 还原反应 阴极 阳极 pbso4 s 2h2o 2e pbo2 s h so42 氧化反应 接电源负极 接电源正极 充电过程总反应 2pbso4 s 2h2o l pb s pbo2 s 2h2so4 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 2 银锌蓄电池 1970 1975 开发了先进的银锌 镍镉电池技术 1975 1983 为美国海军生产潜水艇用银锌电池 1979 1987 为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池 1998 1992 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇 银 锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源 它的充电和放电过程可以表示为 2ag zn oh 2ag2o zn h2o 此电池放电时 负极上发生反应的物质是 a agb zn oh 2c ag2od zn d 电极反应 负极 zn 2e 2oh zn oh 2 正极 ag2o 2e h2o 2ag 2oh 3 镉镍电池 负极材料 cd 正极材料 涂有nio2 电解质 koh溶液 反应式如下 写出电极反应式 特点 比铅蓄电池耐用 可密封反复使用 镍 镉可充电电池可发生如下反应 cd 2nio oh 2h2o 由此可知 该电池的负极材料是 cd oh 2 2ni oh 2 a cd a b nio oh d ni oh 2 c cd oh 2 电极反应 负极 cd 2e 2oh cd oh 2 正极 2nio oh 2e 2h2o 2ni oh 2 2oh 大有发展前景的燃料电池燃料电池是利用氢气 天然气 甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池 目前燃料电池的能量转化率可达近80 约为火力发电的2倍 这是因为火力发电中放出的废热太多 燃料电池的噪声及硫氧化物 氮氧化物等废气污染都接近零 燃料电池发明于19世纪30年代末 经反复试验 改进 到20世纪60年代才开始进入实用阶段 第一代燃料电池的大致情况如下 三 燃料电池 氢氧燃料电池 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 燃料电池 2h2 4e 4h o2 4h 4e 2h2o 2h2 4e 4h o2 2h2o 4e 4oh 2h2 4oh 4e 4h2o o2 2h2o 4e 4oh 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 请写出各电极的电极反应 氢氧燃料电池 若将氢气换成甲烷 写出各电极的电极反应 将铂丝插入koh溶液作电极 然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气 可以形成原电池 由于发生的反应类似于甲烷的燃烧 所以称作燃料电池 根据两极上反应的实质判断 通入甲烷的一极为 这一极的电极反应为 通入氧气的一极为 电极反应为 总反应为 负极 ch4 8e 10oh co32 7h2o 正极 o2 4e 2h2o 4oh ch4 2o2 2koh k2co3 3h2o 若将氢气换成甲烷 写出各电极的电极反应 1 熔融盐燃料电池具有较高的发电效率 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的混合气为阴极燃气 制得在65 下工作的燃料电池 完成有关的电池反应式 负极反应式 2co 2co32 4e 4co2正极反应式 总反应式 o2 4e 2co2 2co32 2co o2 2co2 2 锂电池是一代新型高能电池 它以质量轻 能量高而受到了普遍重视 目前已研制成功多种锂电池 某种锂电池的总反应为li mno2 limno2