化学：42《化学电源》课件(新人教版选修4)

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 伏打电池供电量小，电压低，电流不稳定；伏打电池供电量小，电压低，电流不稳定；携带不便实用电池供电量大，电压高，电流稳定；安携带不便实用电池供电量大，电压高，电流稳定；安全、耐用、便携；有特殊用途；便于回收、污染小。全、耐用、便携；有特殊用途；便于回收、污染小。知识点知识点1：化学电池：化学电池1)概念概念:将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置2)分类分类:一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如：干电池如：干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池3)优点优点:4)电池优劣的判断

2、标准电池优劣的判断标准: 比能量比能量( (指电池单位质量或单位指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少体积所能输出电能的多少) )的大小和电池的储存时间的长短。的大小和电池的储存时间的长短。锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池知识点知识点2：各类电池：各类电池1 1、干电池、干电池( (普通锌锰电池）普通锌锰电池）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，还和淀粉作电解质溶液，还填

3、充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2，防止产生极化，防止产生极化现象。电极总的反应式为：现象。电极总的反应式为：4NH4NH4 4Cl+2Zn+2MnOCl+2Zn+2MnO2 2=Zn(NH=Zn(NH3 3) )4 4ClCl2 2+ZnCl+ZnCl2 2+Mn+Mn2 2O O3 3+H+H2 2O O请写出各电极的电极反应。请写出各电极的电极反应。(一一) 一次电池一次电池干电池干电池负极负极: Zn2e-Zn2 普通锌锰干电池：普通锌锰干电池：（-）Zn ZnCl2、NH4Cl（糊状）（糊状） 石墨石墨(nO2)(+） 正极正极: 2

4、NH4+2e-2NH3H2 总电池反应方程式总电池反应方程式 ：2NH4ClZnZnCl22NH3H2 缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液 改进后碱性锌锰电池的优点：改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。 H2O+4MnO22ZnZn(OH)2+ZnO2Mn2O3 二氧化锰的用途二氧化锰的用途练：写出练：写出锌锰干电池锌锰干电池的电极反应和总化学反的电极反应和总化学反应方程式。应方程式。负极负极正极正极总反应总反应通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变通常我们可以

5、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？化判断它已经不能正常供电了？_我们在我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2锌筒变软，电池表面变得不平整锌筒变软，电池表面变得不平整MnO2锌锰碱性电池锌锰碱性电池锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为MnO2 ,还原还原产物为产物为Mn2O3 ,电解质是电解质是KOH溶液，其放

6、电曲线如图所示：溶液，其放电曲线如图所示：请写出电极反应式并分析其工作原理。该电池有何优点？请写出电极反应式并分析其工作原理。该电池有何优点？优点优点: 工作电动势稳定工作电动势稳定负极：负极：Zn + 2OH2e- = Zn(OH)2正极：正极：2MnO2 + H2O + 2 e- = Mn2O3 + 2OH 总：总： Zn + 2MnO2 + H2O = Zn(OH)2 + Mn2O32 2、迷你型电池、迷你型电池 优点：电压高、稳定，低污染。优点：电压高、稳定，低污染。 用途：手表、相机、心率调节器用途：手表、相机、心率调节器 HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S） Ag2O

7、（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）3 3、锂电池、锂电池锂电池：锂电池：（- -）LiLi（S S） LiILiI（晶片）（晶片） I I2 2(+(+） 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、工作温度宽、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。高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8L

8、i-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S(二)二次电池1 1、铅蓄电池、铅蓄电池铅蓄电池铅蓄电池 特点：电压高稳定，可反复使用，安全、方便、可靠。铅易产生氢特点：电压高稳定，可反复使用，安全、方便、可靠。铅易产生氢气损耗，充电时需加水。气损耗，充电时需加水。 用途：汽车电源用途：汽车电源负极负极 PbPbSOSO4 42-2-2e2e- -PbSOPbSO4 4正极正极 PbOPbO2 24H4H+ +SOSO4 42-2-2e2e- -2PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O

9、总反应方程式：总反应方程式： PbPbPbOPbO2 22H2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 42H2H2 2O O放电充电 铅蓄电池（原电池）铅蓄电池（原电池）工作时，总反应为工作时，总反应为Pb+PbOPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4+2H+2H2 2O,O,由此可以判断：由此可以判断：（1 1）原电池的电极材料：正极为）原电池的电极材料：正极为_ 负极为负极为_（2 2）两极的电极反应式：）两极的电极反应式：正极为正极为_负极为负极为_（3 3）工作一段时间后，蓄电池里电解质溶液的）工作一段时间后，蓄电池里电解质溶液的pH

10、_pH_（填变大、变小、不变）（填变大、变小、不变）PbO2PbPbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2OPb-2e-+SO42-=PbSO4变大变大充电充电放电放电2、银锌蓄电池 正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨，负极盖填充锌汞合和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液金，电解质溶液KOHKOH。反应式为：。反应式为：2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 写出电极反应式。写出电极反应式。充电充电放电放电银银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程

11、可以表示为：充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O放电放电充电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD电极反应：电极反应：负极：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-3、镉镍电池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放电电充电充电负极材料：负极材料：CdCd；正极材料：正极材料：涂有涂有NiONiO2 2，电解质：电解质：KOHKOH溶液。溶液。反应式如下：反应式如下：写出电极反

12、应式。写出电极反应式。 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。 镍镍镉可充电电池可发生如下反应：镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A. Cd （ A ）B. NiO(OH) D. Ni(OH)2C. Cd(OH)2电极反应：电极反应：负极：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-大有发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

13、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3030年代年代末，经反复试验、改进，到末，经反复试验、改进，到202

14、0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)燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池This fuel cell was used to supply electricity for the Apollo Space Program燃料电池燃料电池 优点：能量转化率高，可持续使用，不优点：能量转化率高，可持续使用，不污染环境污染环境 用途：宇宙飞船，应用前景广阔用途：宇宙飞船，应用前景广阔负极负极 : 2H2+4OH-4e-4H2O 正极正极 : O2+2H2O4e-4OH- 总反应方程式总反应方程式 ： 2H

15、2O22H2O（- -）NiNi（多孔）（多孔） KOHKOH（溶液）（溶液） NiONiO2 2 (+ (+） 燃燃 料料 电电 池池介质电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性负极正极中性负极 正极碱性负极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-固体燃料电池固体燃料电池介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2 - 4e- +2O2= 2H2O

16、 O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 航天技术上使用的一种电航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用不污染环境等优点。用PtPt做电极，做电极，KOHKOH溶液做电解溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极池。请写出各电极的电极反应。反应。氢氧燃料电池若将氢气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应PtPt电极电极H2O2氢氧燃料电池模拟氢氧燃料电池模拟KOH将铂丝插入将铂丝插

17、入KOH溶液作电极，然后向两个电溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应，这一极的电极反应为为_；通入氧气的一极；通入氧气的一极为为_，电极反应为，电极反应为_，总，总反应为反应为_。负极负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若将氢

18、气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应电池的用途l电子钟表电子钟表 、袖珍记数器、袖珍记数器 照相机、手机、摄像照相机、手机、摄像机、电动工具、电动自行车、家用电脑等。机、电动工具、电动自行车、家用电脑等。 迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投投入使用的高性能、无污染电池。入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池金属氢化物镍电池与镉镍电池与镉镍电池有相同的工作电压有相同的工作电压(12(12伏伏) )，但由于采用了，但由于采用了稀土合金或稀土合金或TiNiTiNi合金合金储氢材料作为储氢材料作为 负

19、极活性物质负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其，取代了致癌物质镉，使其 成为成为一种绿色环保电池。一种绿色环保电池。 锂离子蓄电池锂离子蓄电池系由系由碳作负极，嵌锂的金碳作负极，嵌锂的金属氧化物作属氧化物作 正极和有机电解质构成正极和有机电解质构成，其工作电压为，其工作电压为3636伏，因伏，因此一个此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充可充电碱锰电池电碱锰电池是在是在碱性锌锰原电池碱性锌锰原电池基础上发展起基础上发展起 来的，由于应来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池

20、 的电流的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池太阳能电池利用利用PNPN结的结的光电效应光电效应，把太阳光能直接转换成电，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户能，满足用户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单噪声、运行简单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。的地域广泛采用。绿色电池种种电池的发展方向l光电池使用方便光电池使用方便, ,特别是近年来特别是近年来 微小型半导体逆变器迅速发微小型半导体逆

21、变器迅速发展展, ,促使其应用更加快捷促使其应用更加快捷. .美美, ,日日, ,欧和发展中国家都制定出庞欧和发展中国家都制定出庞大的大的 光伏技术发展计划光伏技术发展计划, ,开发方向是大幅度提高光电池转换开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性效率和稳定性, ,降低成本降低成本, ,不断扩大产不断扩大产 业业. .目前已有目前已有8080多个多个l国家和地区形成国家和地区形成l商业化商业化, ,半商业化半商业化l生产能力生产能力, ,年均增年均增l长达长达16,16,市场开拓市场开拓l从从 空间转向地面空间转向地面l系统应用。系统应用。课堂总结1 1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：、

22、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：负极：M-xe=MM-xe=Mx+x+正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属2 2、两个电极均参与反应的原电池、两个电极均参与反应的原电池 （如蓄电池，纽扣电池）（如蓄电池，纽扣电池）电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电子得失均由两电极本身发生电子得失均由两电极本身发生电极反应需考虑电解质溶液的参与电极反应需考虑电解质溶液的参与 3 3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）两电极材料均为惰性电极两电极材料均为惰性电极负极可燃性气体失电子，

23、正极助燃性气体得负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得 电子电子电极反应考虑电解质溶液电极反应考虑电解质溶液1 1、在含有、在含有H H2 2S S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了气体的空气中，银器表面易变黑（生成了AgAg2 2S S），原因是银发生了），原因是银发生了 （填析氢或吸氧）腐（填析氢或吸氧）腐蚀，其电极反应式为：负极蚀，其电极反应式为：负极 正极，最终在表面生成正极，最终在表面生成AgAg2 2S S的离的离子反应方程式为为了除去银器表子反应方程式为为了除去银器表面面AgAg2 2S S，可采用如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐，可采用如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐

24、溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好过一溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程程式表示上述过程巩 固 练 习Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S 2 2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用因而受到重视，可用LiLi2 2COCO3

25、 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔的熔融盐混合物作电解质，融盐混合物作电解质，COCO为阳极燃气，空为阳极燃气，空气与气与COCO2 2的混合气为阴极燃气，制得在的混合气为阴极燃气，制得在6565下工作的燃料电池，完成有关的电池下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：反应式：负极反应式：负极反应式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO=4CO2 2+4e+4e正极反应式：正极反应式：总反应式：总反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO23.3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已

26、研制成功多种锂量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为电池，某种锂电池的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A A、 LiLi是正极，电极反应为是正极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2 D D、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应

27、为Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+B4 4、19911991年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高2020到到5050倍。运倍。运用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极反应。极反应。负极负极 正