学修4 4.2 《化学电源》 课件.ppt

1、较活泼金属,较不活泼金属,负 极,正 极,电子流出，电流流入,电子流入，电流流出,氧化反应,还原反应,失去电子,得到电子,知识回顾,泼负失氧,第四章 电化学基础,第二节 化学电源,1、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,干电池,碱性电池,蓄电池,锂离子电池,燃料电池,形形色色的电池,“震动动力充电电池”,勺水充电,三 维 纳 米 结 构 电 池,尿液充电的电池,将化学能转化成电能的装置,(2)优点:,(3)电池

2、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,电池的储存时间的长短,(1)化学电源：,化学电池,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,锂离子电池,镍镉电池,普通锌锰干电池,银锌钮扣电池,甲烷燃料电池,放电完后不能再次充电,放电后可再次充电利用，放电时进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，恢复到放电前

3、的状态。,1.普通干电池原理,负极（Zn）: 正极（C）：,Zn+ 2MnO2 +2NH4+ = Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O,电池总反应式：,一、一次电池,Zn 2e- = Zn2+,2MnO2+2NH4+ 2e- = Mn2O3+2NH3+H2O,1.碱性锌-锰干电池,总反应：,负极(Zn)：,正极(C)：,缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵,Zn + 2OH 2e = Zn(OH)2,2MnO2 + 2H2O +2e = 2MnOOH + 2OH,Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnOOH + Zn(OH)2,氢氧化氧锰,一、一次电池,（1）首先，写出总反应的离

4、子方程式并标出变价。 （2）负极：还原剂-ne- =氧化产物 正极：氧化剂+ne-=还原产物 （3）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。例如电解质溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H+、OH、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。 （4）燃料电池一般先写总反应，再写正极反应式，最后相减 得负极反应式。,原电池电极反应式的书写（泼负失氧）,2.干电池(普通锌锰电池）,锌筒,石墨棒,MnO2和C,NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等糊状物,练习：写出锌锰干电池的电极反应方程式。 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？ _,Zn-2e-

5、=Zn2+,锌筒变软，电池表面变得不平整,Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3+H2O,2MnO2+2NH4+ 2e- = Mn2O3+2NH3+H2O,3.锌银钮扣电池,正极(Ag2O )：Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH,负极( Zn )：Zn +2OH 2e- =Zn(OH)2,总反应：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2+ 2Ag,工作原理：,Zn,电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节钮扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃

6、圾一起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。,废旧电池的回收利用,1925年， 日本氮肥公司在水俣建厂，后又开设了合成醋酸厂，和乙烯(C2H3Cl)制造厂 。 1956年，水俣湾附近发现了一种奇怪的病。这种病症最初出现在猫身上， 病猫步态不稳，抽搐，甚至跳海“自杀” ， 因此被称为“猫舞蹈症” 。但是不久之后， 当地发现了有人患有这些病症。患者轻者口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、知觉出现障碍、手足变形， 重者神经失常，直至死亡。 氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用

7、含汞（Hg）的催化剂，而废水中大量的汞未经处理直接出去。当汞在水中被水生物食用后，会转化成甲基汞（CH3HgCl）。这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命。,二.充电电池,铅蓄电池,负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4,正极:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O,放电原理：,1.铅蓄电池,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42-,还原反应,阳极：,氧化反应,PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ SO42-,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(

8、l),铅蓄电池的充放电过程：,铅蓄电池充电原理：,充电原理：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4,阴极：,1、铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应 为：Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是（ ） A.电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、 负极为Fe B. 电池放电时，负极反应为： Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2 C. 电池放电过程中，负极附近溶液的pH升高 D. 电池充电时，阳极反应为： 2Ni(OH)2+2OH-2e-=,巩固拓展,C,Ni2O3+3H2O,负极：Cd + 2OH-

9、 - 2e- = Cd(OH)2,2. 镉镍碱性蓄电池,正极：2NiO(OH) + 2H2O + 2e- =2Ni(OH)2+ 2OH-,特点：镉镍电池是一种新型的封闭式体积小的充电电池，其寿命比铅蓄电池长。 用途：广泛用于收音机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。,在日本富山平原上一条名叫“神通川”的河流穿行而过，并注入富山湾。它不仅是居住在河流两岸人们世世代代的饮用水源，也灌溉着两岸肥沃的土地，是日本主要粮食基地的命脉水源。 然而，谁也没有想到，多年后这条命脉水源竟成了“夺命”水源。1931年，这里出现了一种怪病，患者病症表现为腰、手、脚等关节疼痛。病症持续几年后，患者全身各部位会发生

10、神经痛、骨痛现象，行动困难，甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。到了患病后期，患者骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，就连咳嗽都能引起骨折。患者不能进食，疼痛无比，常常大叫“痛死了！”有人甚至因无法忍受痛苦而自杀。这种病由此得名为“骨癌病”或“痛痛病” 。经过长期研究发现，“痛痛病”是由神通川上游的神冈矿山废水引起的镉(Cd)中毒。,3. 锂离子电池,负极(Li ) ：Li-e-Li 正极(MnO2) ：MnO2Lie-LiMnO2 电极总反应式：LiMnO2LiMnO2,放电原理：,特点：寿命长、高能电池、电压高、质量轻、容量大、贮存时间长等，是新一代可充电的绿色电池，但电解液中不能有

11、水。 用途：电脑、手表、心脏起搏器等。,2、Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为： 2Li+FeS+2e-Li2S+Fe 有关该电池的下列中，正确的是（ ） Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价 该电池的电池反应式为：2Li+FeSLi2S+Fe 负极的电极反应式为：Al-3e-=Al3+ 充电时，阴极发生的电极反应式为： Li2S +Fe -2e- = 2Li+ + FeS,B,三. 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

12、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。,三、燃料电池,1、氢氧燃料电池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 + = 2H2O,2、固体氢氧燃料电池,2H2 - 4e- +2O2= 2H2O,O2 + 4e-= 2O2,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,写出

13、电极总反应式,a.酸性介质： O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O,b. 碱性介质： O2 + 4H2O + 4e- = 4OH-,根据电解质溶液的不同，写出正极反应式,燃料电池电极反应式的书写,c.熔融氧化物：O2 + 4e-= 2O2,负极反应式 = 总反应 正极反应式,（1）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； （2）溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与 H结合成H2O、在碱性或中性溶中它与H2O结合成OH； （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

14、CO32-形式存在）。,3.书写电极反应方程式应注意：,（电解质溶液为硫酸溶液）,正极： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O,负极： CH4 - 8e- +2H2O = CO2 + 8H+,总反应：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O,3、甲烷燃料电池,（电解质溶液为氢氧化钾溶液）,正极： 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-,负极： CH4 + 10OH- -8e- = CO32- + 7H2O,总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O,4.甲醇燃料电池,负极：2CH3OH -12e- +16 OH- =2CO32- + 12 H2O

15、 （电子得失守恒）,用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后分别向负极通入甲醇，正极通入氧气，形成燃料电池,总反应：2CH3OH + 3O2 + 4OH- =2CO32- + 6H2O,正极：3O2 + 12 e- + 6H2O = 12OH-,（电解质溶液为氢氧化钾溶液）,（电解质溶液为硫酸溶液）,负极：2CH3OH - 12e- + 2 H2O =CO2 + 12H+ （电子得失守恒）,用导线相连的两个铂电极插入硫酸溶液中，然后分别向负极通入甲醇，正极通入氧气，形成燃料电池,总反应：2CH3OH + 3O2 =2CO2 + 4H2O,正极：3O2 +12 e- + 12H+ =6 H2

16、O,4.甲醇燃料电池,熔融盐燃料电池具有高的发电效率。 例：可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极气体，空气与CO2的混合气体为正极气体，制得在650摄氏度下工作的燃料电池。求：负极反应式和总反应式,5.熔融碳酸盐燃料电池,负极: CO + CO322e2CO2,电池总反应: 2CO+O22CO2,正极: 2CO2 + O2+4e2CO32,2、一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为 CH3CH2OH4e+H2O=CH3COOH+4H。 下列有关说法正确的是（ ） A .检测时，电解质溶液中的H向负极移动 B .若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗 4.48L氧气 C .电池反应的化学方程式为： CH3CH2OH +O2=CH3COOH+H2O D .正极上发生的反应是：O2+4e+2H2O=4OH,巩固拓展,C,3、研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，下列“水” 电池在海水中放电时的有关说法正确的是( ),