发展中的化学电源_.ppt

第二节化学电源 发展中的化学能源 第二课时 原电池原理 电极反应式 负极 Zn片 Zn 2e Zn2 氧化反应 正极 Cu片 2H 2e H2 还原反应 电极反应总式 Zn 2H Zn2 H2 外电路 电子由负极流向正极 电流由正极流向负极内电路 阴离子移向负极 阳离子移向正极 电流由负极流向正极 电荷流向电流流向 负极 正极 原电池电极名称的确定方法 根据电极材料的性质确定 通常是活泼金属是负极 不活泼金属 碳棒 化合物是正极 根据电极反应的本身确定 失电子的反应 氧化反应 负极得电子的反应 还原反应 正极 根据电子或电流流动方向 外电路 e e 根据离子的定向移动 内电路 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 根据离子方程式判断 负极 在正极 练习 银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源 它的反应可表示为 Ag2O Zn H2O 2Ag 2Zn OH 2请判断此电池中 负极上发生反应的物质是 A AgB Zn OH 2C Ag2OD Zn D 请结合组成原电池的条件 将氧化还原反应 Fe Cu2 Cu Fe2 设计成一个原电池 1 电解液 2 电极材料 正极 负极 3 电极反应式 负极 正极 1 电解液 硫酸铜 氯化铜 硝酸铜等可溶性铜盐溶液2 电极材料 负极 铁 正极 铜 石墨或比铁不活泼的其他金属 拓展 Fe 2e Fe2 Cu2 2e Cu 思考题 请根据反应2Fe3 Fe 3Fe2 设计原电池 你有哪些可行方案 Fe CuFeCl3 Fe CFe NO3 3 Fe AgFe SO4 3 A B C E F M N 1 下列哪几个装置能形成原电池 O V X V V X X X V 2 把a b c d四块金属片浸入稀硫酸中 用导线两两相连组成原电池 若a b相连时 a为负极 c d相连时 电流由d到c a c相连时 c极上产生大量气泡 b d相连时 b上有大量气泡产生 则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 A a b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 3 如图所示 在铁圈和银圈的焊接处 用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中 使之平衡 小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液 片刻后可观察到的现象是 D A 铁圈和银圈左右摇摆不定B 保持平衡状态C 铁圈向下倾斜 银圈向上倾斜D 银圈向下倾斜 铁圈向上倾斜 锂电池 干电池 叠层电池 纽扣电池 各类电池 一 常见的各类电池 二 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 A h kg A 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 比时间 电池的储存时间的长短 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 1 干电池 Zn Mn普通干电池 二 发展中的化学电源 锌锰碱性电池是一种新型的干电池 正极材料为MnO2 负极材料为Zn 还原产物为MnOOH 电解质是KOH溶液 总 Zn 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2MnOOH请写出电极反应式并分析其工作原理 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2正极 2MnO2 2H2O 2e 2MnO OH 2OH 总反应 Zn 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2MnO OH 碱性Zn Mn干电池 2 充电电池 铅蓄电池结构 充电电池又称二次电池 它在放电时所进行的氧化还原反应 在充电时又逆向进行 使生成物恢复原状 如此充放电可循环进行 至一定周期后终止 汽车用蓄电池 1 铅蓄电池 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 2 镍 镉碱性蓄电池P43 3 新一代可充电的绿色电池 锂离子电池特点 高能电池 电压高 质量轻 贮存时间长等 用途 电脑 手表 心脏起搏器等 把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的 能量转换器 优点 效率高 无污染 装置可持续使用 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 3 新型燃料电池 1 氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是一种新型的化学电池 其构造如图示 两个电极均由多孔性碳制成 通入的气体由孔隙逸出 并在电极表面放电 碱性介质 氢氧燃料电池结构 氢氧燃料电池 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式 书写步骤 1 写出燃烧反应 根据电解液改写燃料电池总反应 2 写出正极的电极反应式 一般较简单 3 由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式 正极反应一般为 酸性介质 碱性介质 O2 4H 4e 2H2O O2 2H2O 4e 4OH 2 CH4燃料电池 碱性介质 CH4 2OH 2O2 CO32 3H2O 2O2 4H2O 8e 8OH CH4 10OH 8e CO32 7H2O 1 燃烧总化学反应 2 燃料电池总反应 3 正极 4 负极 CH4 2O2 CO2 2H2O CH4燃料电池 酸性介质 1 燃料电池总反应 CH4 2O2 CO2 2H2O 2 正极反应 O2 4H 4e 2H2O 3 负极反应 2 得 CH4 8e 2H2O CO2 8H 3 甲醇燃料电池 酸性介质 总反应 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 正极的电极反应式为 3O2 12e 12H 6H2O 负极的电极反应式为 2CH3OH 12e 2H2O 12H 2CO2 甲醇燃料电池 碱性介质 总反应式 2CH3OH 3O2 4OH 2CO32 6H2O 正极的电极反应式为 3O2 12e 6H20 12OH 负极的电极反应式为 2CH3OH 12e 16OH 2CO32 12H2O 4 海水电池 1991年 我国首创以铝 空气 海水为能源的新型电池 用作航海标志灯 该电池以取之不的海水为电解质 靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流 这种海水电池的能量比 干电池 高20 50倍 电极反应式为 4Al 12e 4Al3 3O2 6H2O 12e 12OH 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 负极 正极 电池总反应 负极 2Al 8OH 6e 2AlO2 4H2O 正极 6H2O 6e 3H2 6OH 2Al 2OH 2H2O 2AlO2 3H2 电池反应式 补充 电池的发展方向 光电池使用方便 特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展 促使其应用更加快捷 美 日 欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划 开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性 降低成本 不断扩大产业 目前已有80多个国家和地区形成商业化 半商业化生产能力 年均增长达16 市场开拓从空间转向地面系统应用 减少污染节约资源 判断右边原电池的正 负极 并写出电极反应式 CuC FeCl3溶液 负极 Cu失电子Cu 2e Cu2 正极 Fe3 得电子2Fe3 2e 2Fe2 Cu 2FeCl3 CuCl2 2FeCl2 先写出总反应 即负极与电解质溶液反应 拆成离子方程式 Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 根据化合价升降判断正负极 三 电极方程式的书写 1 简单原电池电极方程式的写法 请写出右边原电池的电极方程式 总反应方程式 负极 Al 失e 2Al 6e 2Al3 2Al3 8OH 2AlO2 4H2O 负极总反应 2Al 8OH 6e 2AlO2 4H2O 正极 总反应 负极反应 6H2O 6e 6OH 3H2 拆成离子方程式 2Al 2OH 2H2O 2AlO2 3H2 根据化合价升降判断正负极 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 2 燃料电池电极方程式的写法总反应 实际上就是燃料的完全燃烧 负极 通入燃料 为燃料失去电子的氧化反应 正极 通入氧化剂 为氧化剂得到电子的还原反应 以Pt为电极 电解质溶液为KOH溶液的氢氧燃料电池为例 负极总反应 2H2 4e 4OH 4H2O 正极 总反应 负极反应 总反应 2H2 O2 2H2O 负极 H2失e 4H 4OH 4H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 3 复杂原电池电极方程式的书写方法点拨 写电极方程式的时候 要根据 得电子显负电 失电子显正电 的原则 利用 电荷守恒 通过巧用