第二节-化学电源(1).ppt

高二化学选修4第四章电化学基础,第二节化学电源,阅读教材P74后思考：,1、目前化学电池主要分哪几大类？分别有哪些代表？,2、化学电池与其它能源相比有哪些优点？,3、判断电池的优劣标准主要是什么？,3,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。,电池中的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度后，就不能使用了,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。,4,一次电池,普通锌锰干电池,碱性锌锰电池,锌银电池,锂电池,5,二次电池,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,6,燃料电池,氢氧燃料电池,甲醇燃料电池,甲烷燃料电池,煤气燃料电池,2优点:,3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(Wh/kg)，(Wh/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,电池的可储存时间的长短,8,一、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,9,普通锌锰干电池,(-)ZnNH4ClC(+),10,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,(-)ZnNH4ClC(+),负极（锌筒）Zn-2e-=Zn2+正极（石墨）2NH4+2e-=2NH3+H2总反应：Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2,普通锌锰干电池,优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。,也可以写成：,11,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酸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。,12,负极：Zn+2OH2e=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：(-)ZnKOH(MnO2)C(+),氢氧化氧锰,13,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,其电极分别为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH,电极反应分别为：负极:正极:,（探讨)根据上述条件，下列判断正确的是（）A.Zn是正极，Ag2O为负极B.Zn是负极，Ag2O为正极C.总反应为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgD.工作时，原电池负极区溶液的pH值增大,BC,-PH值减小,-PH值增大,Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,电池总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag,锌银电池纽扣电池(-)ZnKOHAg2O(+),有关锂电池的知识:,埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的电源,锂电池(蓄电池)Li+MnO2=LiMnO2它的负极反应为_;能否用电解质的水溶液？,锂电池：锂作负极，其他导体作正极。优点：质量轻，电压高，工作效率高，贮存寿命长。常作手机电池、笔记本电脑、数码相机和心脏起搏器的电源.锂“能源金属”是用于制造氢弹的重要原料.,Li-e-=Li+,不能，因为：2Li+H2O=2LiOH+H2,心脏起搏器：它由起搏电路、电池和金属外壳组成。目前国内外植入式起搏器普遍使用锂碘电池，使起搏器的连续使用寿命达到了10年以上。由于金属钛生物相容性好，不锈蚀，故目前起搏器外壳都采用钛材料.,16,二、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,负极：Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)（难溶于水）,正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l),铅蓄电池(可充电电池)-汽车用的电池,阳极：,阴极：,PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+（aq)+SO42-(aq),PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq),还原反应,氧化反应,放电时两电极都增重。,充电时原原电池的负极接外电源的_极。,负,镍-镉（Ni-Cd)电池-使用寿命比铅蓄电池长，可充电500次以上.,镍-镉（Ni-Cd)电池发生如下反应：Cd+NiO(OH)2+H2OCd(OH)2+Ni(OH)2,（探讨)对于镍-镉（Ni-Cd)电池，下列判断正确的是（）ANiO(OH)2是电池的负极B放电时Cd是电池的负极C充电时Ni(OH)2发生氧化反应D正极反应为Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO(OH)2+H2O,BC,正极,阳极,【探讨】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。总：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列叙述不正确的是()A.放电时负极反应为：Zn2e+2OH=Zn(OH)2B.充电时阳极反应为：Fe(OH)33e+5OH=FeO42+4H2OC.放电时每转移3moL电子，正极有1molK2FeO4被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强,C,被还原,20,燃料电池,氢氧燃料电池,甲醇燃料电池,甲烷燃料电池,煤气燃料电池,三、燃料电池介绍,新型燃料电池如氢氧碱性燃料电池,负极（Pt)：2H2-4e-+4OH-=4H2O,正极(Pt):O2+4e-+2H2O=4OH-,总反应：2H2+O2=2H2O,优点：能量转化率高、可持续使用、无污染。,燃料电池通常(Pt电极),负极：通可燃气体；正极：通助燃气体,(失电子发生氧化反应）,(得电子发生还原反应）,特别强调：燃料电池并不燃烧；而是利用高能催化剂质子选择膜，使氢分子分解成氢原子，氢原子失电子成H+，氧气得电子，将化学能转变为电能的装置。,工作时，负极区PH减小,工作时，正极区PH增大,电解质溶液PH减小,酸性氢氧燃料电池（Pt)H2(g)H2SO4(1mol/L)O2(g)(Pt),负极（Pt)：2H24e-=4H+,正极：（Pt)O2+4e-+4H+=2H2O,总反应：2H2+O2=2H2O电解质溶液PH变大,工作时，负极区PH减小,工作时，正极区PH增大,22,2H2-4e-=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,23,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、可持续使用、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,CH4.O2.KOH作导电物质则电极反应为:负极_正极_总反应式_,CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O,2O2+4H2O+8e-=8OH-,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,甲烷氧碱性燃料电池,一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。,负极-通入丁烷：,电池总反应：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O,正极-通入空气,13O2+52e-=26O2-,O2+4e-+2H2O=4OH-（碱性介质）,O2+4e-+4H+=2H2O（酸性介质）,O2+4e-=2O2-（熔融的金属氧化物为电解质）,O2+4e-+2CO2=2CO32-（熔融的K2CO3为电解质）,2C4H10-52e-+26O2-=8CO2+10H2O,【探讨】CH3OH燃料电池、电解质为KOH溶液，写出电极反应及电池总反应.负极：正极：电池总反应：,3O2+6H2O+12e-=12OH-,2CH3OH+16OH-12e-=2CO32-+12H2O,2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O,(探讨）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为；放电时CO32移向电池的_极。,C3H8+5O2=3CO2+4H2O,正极：负极：,O2+2CO2+4e-=2CO32-,C3H8+10CO32-+20e-=13CO2+4H2O,负,电极反应式的书写方法,优化设计P54“重难点突破”,Fe2e-=Fe2+2H2O+O2+4e-=4OH-2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,对比：书写下列电极反应和电池总反应：,Fe2e-=Fe2+2H+2e-=H2Fe+2H+=Fe2+H2,负极：Cu2e-=Cu2+正极：4H+2NO3+2e-=2NO2+2H2O总：Cu+4H+2NO3=2NO2+Cu2+2H2O,稀H2SO4,负极：Al3e-=Al3+正极：2H+2e-=H2总：2Al+6H+=2Al3+3H2,特殊原电池电极反应式的书写,负极：2Al+8OH6e-=2AlO2+4H2O正极：6H2O+6e-=3H2+6OH,稀硫酸,负极：Mg2e-=Mg2+2H2O正极：2H+2e-=H2,总：Mg+2H+=Mg2+H2,总：2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2,对比：书写下列电极反应和电池总反应：,33,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,书写步骤：（1）写出燃烧反应正确的化学方程式；（2）根据电解液改写燃料电池总反应；（3）写出正极的电极反应式(一般较简单);（4）由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。,2、怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？,4.共存原则：原电池的两极反应若均在一定介质中进行，在酸性介质中，不可能出现OH-，在碱性介质中，不可能出现H+CO2,3.必须遵循得失电子守恒。,2.正、负极反应具有加和性：化学反应方程式=正极反应方程式+负极反应方程式。,1.原电池两极的判断：先分析电池反应中有关物质元素化合价的变化，确定原电池的正