化学电源公开课

1、 第三单元第三单元 化学能与电能的转化化学能与电能的转化 第二课时第二课时 化学电源化学电源潘彬潘彬1.了解电池的一般分类；了解电池的一般分类；2.掌握几种典型电池的用途和特点；掌握几种典型电池的用途和特点；3.掌握几种典型化学电池的电极反应化掌握几种典型化学电池的电极反应化学电池的反应原理。学电池的反应原理。教学目标：教学目标：化学电池 干电池（一次电池）充电电池（二次电池）燃料电池碱性锌锰电池铅蓄电池（Pb-PbO2-H2SO4）氢氧燃料电池锂离子电池镍镉蓄电池普通锌锰干电池化学电池的分类甲烷燃料电池干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有负极，位于中央的顶盖有铜

2、帽的石墨作正极，在石铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电解质溶液。和淀粉作电解质溶液。电极总的反应式为：电极总的反应式为：Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O4负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O一、一次电池一、一次电池普通普通Zn- Mn干电池干电池锌锰碱性电池是一种新型的干电池。锌锰碱性电池是一种新型的干电池

3、。正极材料为正极材料为MnO2 ,负极材料为负极材料为Zn，还原产物为还原产物为MnOOH,电解质是电解质是KOH溶液，溶液，总：总： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOOH请写出电极反应式并分析其工作原理。请写出电极反应式并分析其工作原理。碱性碱性Zn- Mn干电池干电池负极：负极：Zn + 2OH2e- = Zn(OH)2正极：正极：2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OH 总反应：总反应： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO（OH）特点与应用：特点与应用： 银锌纽扣电池的容量比银锌纽扣电池

4、的容量比普通的干电池大得多，普通的干电池大得多， 电流大，放电电流大，放电电压平稳，工作电压是电压平稳，工作电压是1.6伏。伏。 银锌银锌电池体积小、重量轻，已广泛用于小电池体积小、重量轻，已广泛用于小型电子计算器、高级仪表、宇航、火型电子计算器、高级仪表、宇航、火箭、潜艇等方面。箭、潜艇等方面。电极反应电极反应负极：负极：Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2正极：正极：Ag2O + H2O +2e- = 2OH- + 2Ag锌银钮扣电池锌银钮扣电池总反应总反应：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍镉电

5、池、镍氢电池、锂离子电池铅蓄电池：电压铅蓄电池：电压2.0V1)正负极材料正负极材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb2)工作机制工作机制电解质：电解质：H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电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和充电两个过程二、二次电池二、二次电池8放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =PbSO4 (s) +2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程思考：在放电过程思考：在放电过程铅

6、蓄电池内部铅蓄电池内部PH值变化？值变化？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9Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O 电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节一号电池烂在地里，能使万平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。 废旧电池的回收利用电电 池池 回回 收收变变 废废 为为 宝宝功功 在在 当当 代代利利 在在 千千 秋秋堆积如山的废旧电池，堆积如山的废旧电池，时刻威胁我们的环境时刻威胁我们的环境废旧电池进电池回收站废旧电池进电池回收站大有发

7、展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池燃料电池是利用是利用氢气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃等燃料与料与氧气或空气氧气或空气进行电化学反应时释放出来的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。目前化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃燃料电池的能量转化率可达近料电池的能量转化率可达近80%80%，约为火力发，约为火力发电的电的2 2倍倍。这是因为火力发电中放出的废热太。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的多。燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零废气污染都接近零；燃料电池发明于燃料电池发明于1919世纪世纪30

8、30年代年代末，经反复试验、改进，到末，经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代才开始进入年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：大致情况如下： 三、三、燃料电池燃料电池12二、二、新型绿色环保燃料电池车优点：效率高无污染装置可持续使用总反应：2H2+O2 = 2H2O负极：2H2-4e- +4OH-= 4H2O 正极：O2+4e-+2H2O = 4OH- KOH溶液1. 1. 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 这是一种高效、低污染的新型电池，主要用这是一种高效、低污染的新型电池，主要用于航天领域。其电极材料一般为活化电极，于航天领域。其电极材料一般为

9、活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。电解质溶液一般为极等。电解质溶液一般为40%40%的的KOHKOH溶液。溶液。总反应： 2H2+O2 = 2H2O负极： 2H2-4e- = 4H+ 正极：O2+4e- +4H+= 2H2OH2SO4溶液 2H2 + O2 = 2H2O点燃点燃燃料电池工作原理 燃料电池不是把燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断而是在工作时，不断从外界输入，同时将从外界输入，同时将电极反应产物不断排电极反应产物不断排出电池。出电池。 优点：优点：效率高、

10、无污染效率高、无污染，装置可持续使用，装置可持续使用练习：根据甲烷燃料电池总方程式，写出（电解质溶液为酸性溶液）电极反应式：总反应：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 电解质溶液为氢氧化钾溶液总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O 正极：2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-负极：CH4 - 8e- + 2H2O= CO2 + 8H+正极： 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-负极： CH4 + 10OH- -8e = CO32- + 7H2O书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：1 1电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如所有规则（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原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（如产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶酸性溶液中液中以以CO2形式存在，在形式存在，在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32形式存形式存在）；在）；2 2要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加添加H H+ +、OHOH、H H2 2OO，以遵循电荷守恒和质量守恒。，以遵循电荷守恒和质量守恒。