化学电源课件

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源1.了解化学电源的种类及其工作原理,知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。3.掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理,会书写电极反应式。发明电池的故事发明电池的故事 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。物理学家。 有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解有一天，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，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。看了这篇论可以用金属接触肌肉把电引出来。

2、看了这篇论文，伏特非常兴奋，便决定亲自来做这个实验文，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。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。特决定更深入地了解电的来源。 发明电池的故事发明电池的故事 一天，他拿出一块锡片和一枚银币，把这两种一天，他拿出一块锡片和一枚银币，把这两种金属放在自己的舌头上，

3、然后叫助手将金属导线把金属放在自己的舌头上，然后叫助手将金属导线把它们连接起来，刹时，他感到满嘴的酸味儿。它们连接起来，刹时，他感到满嘴的酸味儿。接着，他将银币和锡片交换了位置，当助手将接着，他将银币和锡片交换了位置，当助手将金属导线接通的一瞬间，伏特感到满嘴的咸味。金属导线接通的一瞬间，伏特感到满嘴的咸味。这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能产生电流。伏特想，只要能把这种电流引出来，就产生电流。伏特想，只要能把这种电流引出来，就能大有作用。能大有作用。伏特经过反复实验，终于发明了被后人称做伏特经过反复实验，终于发明了被后人称做“伏特电堆伏特电堆”的

4、电池，这就是在铜板和锌板中间夹上的电池，这就是在铜板和锌板中间夹上卡纸和用盐水浸过的布片，一层一层堆起来的蓄电卡纸和用盐水浸过的布片，一层一层堆起来的蓄电池。这种电池，今天仍然在使用着池。这种电池，今天仍然在使用着为了纪念他的贡献，人们为了纪念他的贡献，人们把电把电压的计量单位叫做伏特，简称伏，压的计量单位叫做伏特，简称伏，符号符号V V。比如我们手电筒里的电池的。比如我们手电筒里的电池的电压是电压是1.51.5伏特，我们家里的电灯的伏特，我们家里的电灯的电压是电压是220220伏特。伏特。 七嘴八舌谈电池话题1. 你知道哪些电池，它们有哪些应用？2. 生活中实用电池与其他能源、原电池相比较有

5、哪些优点？3. 你如何评判一块电池的优劣？4. 你能根据电池特点将其分类吗？形形色色的电池形形色色的电池 A A CuZn 稀稀H H2 2SOSO4 4KOH溶液溶液 CH4 O2 2 H2Oa极极 b极极用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电各式各样的纽扣电池池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

6、生的热能通过热能转换器转变为电能的装置碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品。高科技、军事、生产行业也有特殊应用。、化学电池分类、化学电池分类化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池定义定义例子例子电池中的反应物质电池中的反应物质进行一次氧化还原进行一次氧化还原反应并放电之后，反应并放电之后，就不能再次利用就不能再次利用又称充电电池或又称充电电池或蓄电池蓄电池在放电后经充电可使电在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可生，恢复工作能力，可多次重复使用多次重

7、复使用是一种连续地将燃料和是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，化成电能的化学电源，又称连续电池又称连续电池干电池：干电池：电池中的电池中的电解质溶液制成胶电解质溶液制成胶体，不流动，故称体，不流动，故称干电池干电池铅蓄电池、铅蓄电池、锌银蓄电池、锌银蓄电池、镍镉电池、镍镉电池、锂离子电池锂离子电池氢气、甲醇、天然气、氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料煤气与氧气组成燃料电池。电池。如：普通锌锰电池、如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌碱性锌锰电池、锌银纽扣电池银纽扣电池一、化学电池一、化学电池小型高性能小型高性能燃料电池燃料电池 、化学电池优点、化学

8、电池优点（）能量转换效率高，供能稳定可靠。（）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（）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。电池和电池组，使用方便。（）易维护，可在各种环境下工作。（）易维护，可在各种环境下工作。、判断电池优劣的标准判断电池优劣的标准 （）比能量（）比能量符号符号(Ah/kg)，(Ah/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（）比功率（）比功率符号是符号是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指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小（3）电池

9、的储存时间的长短）电池的储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。功率大、储存时间长的电池，其质量好。一次电池一次电池普通锌锰电池普通锌锰电池锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等普通干电池普通干电池二、一次电池二、一次电池 普通锌锰干电池：普通锌锰干电池：活性物质为活性物质为NHNH4 4ClCl和淀粉糊作电解和淀粉糊作电解质，还填有质，还填有MnOMnO2 2 和炭黑。电极反应式：和炭黑。电极反应式：负负 极：极：Zn

10、 - 2eZn - 2eZnZn2+2+正正 极：极：2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e+2MnO+2MnO2 2 MnMn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3 H H2 2O O总反应：总反应：Zn + 2NHZn + 2NH4 4+ + +2MnO +2MnO2 2 ZnZn2+2+ +Mn +Mn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3 H H2 2O O 优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池电解质：电解质：KOH负极：负极：ZnZnZn + 2OH- - 2

11、e- = Zn(OH)2正极：正极：MnOMnO2 22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连 续放电续放电电池反应：电池反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2碱性电池碱性电池 一次电池一次电池银银锌锌钮扣电池钮扣电池正极：正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH负极：负极：Zn +2OH-2e- =Zn(OH)2总反应：总反应： Zn+Ag2O + H2O = Zn

12、(OH)2 +2Ag一次电池一次电池 锂电池锂电池锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极：负极： ；正极：；正极： 。用途：质轻、高能用途：质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳定电压、工、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。作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+

13、SO+SO3 32-2-+2S+2S二次电池二次电池铅蓄电池铅蓄电池放电过程总反应：放电过程总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正极：正极：PbO2 + 4H+SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程铅蓄电池铅蓄电池负极负极正极正极充电过程充电过程PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2

14、+ 4H+ SO42- 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：充电过程总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电缺点：缺点：比能量低、废弃电池污染环境比能量低、废弃电池污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂离子电池镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂离子电池铅蓄电池铅蓄电池燃料电池燃料电池燃料电池是利

15、用燃料和氧化剂之间的燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应，将化学能直接转换成氧化还原反应，将化学能直接转换成电能的化学电源。（氢气、甲烷、肼、电能的化学电源。（氢气、甲烷、肼、甲醇、氨等燃料电池甲醇、氨等燃料电池） 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 碱性电解质（碱性电解质（KOH）负极负极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O正极正极: O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应: 2H2+O2=2H2O若把氢氧化钾换成若把氢氧化钾换成硫酸硫酸,电极反应式又该如何呢？电极反应式又该如何呢？ 酸性电解质酸性电解质： 负极：负极： 2H2-4e-=4H+ 正极：正极： O2+4H+4e-=2H2

16、O 总反应：总反应：2H2+O2=2H2O 若将上述电池的电解液换成质子交换膜电解液换成质子交换膜，所形成的电池就是质子交换膜电池，质子交换膜能允许氢离子通过，请写出质子交换膜电池的电极反应式和总反应式。 负极负极： 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ + 正极正极： O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O 总反应总反应：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O 氧化剂与还原剂在工作时不断补充；氧化剂与还原剂在工作时不断补充； 反应产物不断排出；反应产物不断排出； 能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)，普通的只有，普通的只有30%，

17、有利于节约能源。有利于节约能源。 缺点：缺点：体积较大、附属设备较多体积较大、附属设备较多 优点：优点：能量转换率高、清洁、对环境好能量转换率高、清洁、对环境好 其它燃料电池：其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池池燃料电池的规律燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别：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，只起传导电电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。子的作用。若将上述碱性电池中的燃料换成甲烷甲烷，请写出电极反应式和总反应式。总反应式总反应式：CH4+2O2+2KOH=

18、K2CO3+3H2O正极正极：2O2+8e-+4H2O=8OH-负极负极：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O若将上述碱性电池中的燃料换成甲醇甲醇，请写出电极反应式和总反应式。 总反应总反应：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O正极正极：3O2+12e-+6H2O=12OH- 负极负极：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？书写步骤：书写步骤：1、写出燃烧反应；、写出燃烧反应；2、根据电解液改写燃料电池总反应；、根据电解液改写燃料电池总反应；3、写出正极的电极反应

19、式、写出正极的电极反应式(一般较简单一般较简单); 正极反应一般为：正极反应一般为：酸性介质酸性介质 O2+4H+4e=2H2O 碱性介质碱性介质 O2+2H2O+4e=4OH 4、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式、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。得负极的电极反应式。其它常见化学电源的电极反应式也可据此写出其它常见化学电源的电极反应式也可据此写出 固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池是一种采用固体氧化物作为电解质的燃料电池。该电池中的固体氧化物电解质是一种特殊的固体电解质，能够允许氧离子通过。其工作原理是在负极通入燃料，在正极通入氧气，而氧气所形成的氧离子能够通过氧

20、化物电解质。某燃料电池使用固体氧化物作为电解质，在一极通入CH4，在另一极通入O2，请根据原电池的工作原理，写出电极反应式和总反应方程式。负极CH4-8e-+4O2=CO2+2H2O正极O2+4e-=2O2总反应CH4 + 2O2=CO2+2H2O 熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池是一种高温燃料电池。其工作原理是在负极通入燃料，在正极通入氧气，使用高温熔融盐作为电解质。某燃料电池使用碳酸钾作为熔融盐电解质，在一极通入一氧化碳，在另一极通入二氧化碳和氧气的混合气，已知该电池的一个电极反应式为：COCO322e2CO2,请根据原电池的工作原理，写出另一电极反应的电极反应式和总反应方程式。小结：化学电源

21、化学电源1、一次电池、一次电池2、二次电池、二次电池3、燃料电池、燃料电池锌锰干电池锌锰干电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池掌握每一类典型掌握每一类典型电池的正负极、电池的正负极、电极反应；电极反应；了解了解每一类电池的优每一类电池的优缺点；对其它电缺点；对其它电池有初步的认识池有初步的认识减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源冲击高考题冲击高考题: 1、（、（江苏高考）碱性电池具有容量大、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。锌放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：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