《化学电源》课件(新人教版选修)

1、学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知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？道电池的其它应用吗？ 电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置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能通过热能转换器转变为电能的装置干电池干电池纽扣电池纽扣电池锂电池锂电池四四.常见的化学电池常见的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高能电池高能电池、化学电池分类、化学电池分类化学电池化学

2、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

3、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化学电池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

4、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。锌锰干电池锌锰干电池四四.常见的化学电池常

5、见的化学电池一次电池的活性物质（发生氧化还原的物质）消耗到一定一次电池的活性物质（发生氧化还原的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。电池中电解质溶液制成胶状，不流程度，就不能使用了。电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。动，也叫做干电池。一次电池有什么特点？一次电池有什么特点？.一次电池一次电池( (又叫又叫干电池干电池) )电极电极:电解液：电解液：四四.常见的化学电池常见的化学电池锌粉和锌粉和KOHKOH的的混合物混合物 金属金属外壳外壳KOHZnZn为负极为负极, ,MnOMnO2 2为正极为正极常见的有常见的有：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、

6、锌银电池、锂电池等。锌银电池、锂电池等。（1）碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池：碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极：正极：电池反应：电池反应：ZnZnMnOMnO2 2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 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等等干电池干电池负极负极正极正极422),(Zn NH ClZnCl MnO C2222222MnOHOeM

7、nOOHOH电池反应：电池反应：24322222()ZnMnONH ClMnOOHZn NHCl氢氧化氧锰氢氧化氧锰（Zn）：）：Zn 2e- = Zn2+（MnO2和和C）：）：本节要求会判断电池的正负极，不要求写电极反应式本节要求会判断电池的正负极，不要求写电极反应式（2）锌银电池：锌银电池的负极是锌银电池的负极是Zn,正极是正极是Ag2O,电解质是电解质是KOH，电极方程式：电极方程式：负极：负极：正极：正极：（3）锂电池）锂电池：锂电池的负极是锂电池的负极是Li,正极可以是正极可以是MnO2、CuO、FeS2等等Zn + 2OH- -2e- Zn(OH)2Ag2O + H2O + 2e

8、- 2Ag + 2OH-总反应式总反应式: Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2电池名称电池名称电压电压主要优缺点主要优缺点普通电池普通电池 （锌锰电池）（锌锰电池）1.5V优点优点：使用方便，便宜。：使用方便，便宜。缺点缺点：寿命、存放期短，约：寿命、存放期短，约1.5年，年，不能不能 充电充电。碱性锌锰电池碱性锌锰电池1.5V优点优点：电容量大，使用寿命长。：电容量大，使用寿命长。缺点缺点: 不能充电不能充电，价格较高。，价格较高。锌银纽扣电池锌银纽扣电池1.5V优点优点：体积和质量都小，寿命长，约：体积和质量都小，寿命长，约2年年缺点缺点：不能充电不能充电，价格高。

9、，价格高。镍镉电池镍镉电池1.3V优点优点：体积小，质量轻，寿命长，：体积小，质量轻，寿命长，可充可充 放电放电约约3000次。次。缺点缺点：价格高。：价格高。铅蓄电池铅蓄电池2V优点优点：电压稳，电容量大，：电压稳，电容量大，可充电可充电便宜。便宜。缺点缺点：笨重，防震性差，不防漏：笨重，防震性差，不防漏部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格一次电池一次电池电极：电极：Pb为负极；为负极；PbO2为正极为正极.电解液电解液:30%的的H2SO4溶液溶液放电放电的电极反应式的电极反应式:负极负极(Pb)： Pb + SO42-2e-PbSO4正极正极(

10、PbO2)：PbO2 + 4H+ +SO42- + 2e -PbSO4 +2H2O总电池反应总电池反应:PbO2 + Pb +2H2SO42PbSO4+ 2H2O.铅蓄电池铅蓄电池( (二次电池二次电池) )(1.251.28g/cm-3)铅蓄电池铅蓄电池二次电池特点：二次电池特点：又称又称充电电池充电电池或或蓄电池蓄电池，放电后可以再充电，使活放电后可以再充电，使活性物质可以获得再生。这性物质可以获得再生。这类电池可反复多次使用。类电池可反复多次使用。课堂练习课堂练习: :2.铅蓄电池铅蓄电池(原电池原电池)的电极分别是的电极分别是PbO2和和Pb,电解质溶液为稀硫酸溶液电解质溶液为稀硫酸溶

11、液,工作时原电池的总工作时原电池的总反应是反应是: PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O. 根据上述反应根据上述反应,判断判断:1)原电池的负极是原电池的负极是(填电极材料填电极材料)_ _2)工作时蓄电池负极反应式为工作时蓄电池负极反应式为_3)工作时蓄电池里电解质溶液的工作时蓄电池里电解质溶液的PH变变化化:_PbPb + SO42 -2e-PbSO4增大增大电极电极: Pt制作的惰性电极制作的惰性电极电解质溶液电解质溶液: KOH溶液溶液负极负极: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O正极正极: O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 总反应总反应：2H2+ O2

12、2H2O拓展创新拓展创新若为若为酸性酸性介质，试写出电极反应式？介质，试写出电极反应式？思考思考: :负极：负极：2H2 - 4e- 4H+正极正极: O2+ 4H+ + 4e- 2H2O.新型燃料电池新型燃料电池(氢氧燃料电池氢氧燃料电池/甲烷电池甲烷电池/煤气电池煤气电池/海水海水-空气电池空气电池).新型燃料电池新型燃料电池(氢氧燃料电池氢氧燃料电池/甲烷电池甲烷电池/ 煤气电池煤气电池/铝铝-海水海水-空气电池空气电池) 1991 1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。电解液，靠空气中的氧使铝不断

13、氧化而产生电流。 负极负极：4A1-12e4A1-12e- - 4A14A13+3+ 正极正极：3O3O2 2+6H+6H2 2O+12eO+12e- - 12OH12OH- - 电池总反应式为电池总反应式为：4A1+3O4A1+3O2 2+6H+6H2 2O O4A1(OH)4A1(OH)3 3 这种海水电池比这种海水电池比“干电池干电池”的能量高的能量高20205050倍。倍。甲烷甲烷-氧燃料电池氧燃料电池 该电池用金属铂片插入该电池用金属铂片插入KOHKOH溶液中作电极，又在两极溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气上分别通甲烷和氧气: : 负极负极：CHCH4 4 + 10OH+ 1

14、0OH- - - 8e- 8e- - COCO3 32- 2- + 7H+ 7H2 2O O 正极正极：2O2O2 2 + 4H+ 4H2 2O + 8eO + 8e- - 8OH8OH- - 电池总反应式为电池总反应式为：CHCH4 4+2O+2O2 2+2KOH +2KOH K K2 2COCO3 3+3H+3H2 2O O.新型燃料电池新型燃料电池(氢氧燃料电池氢氧燃料电池/甲烷电池甲烷电池/煤气电池煤气电池/海水海水-空气电池空气电池)甲烷甲烷-氧燃料电池氧燃料电池在酸性介质中的电极反应在酸性介质中的电极反应为：为： 负极：负极：CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+ 正

15、极：正极：2O2 + 8H+ + 8e- 4H2O 总反应式为：总反应式为：CH4 + 2O2 CO2+2H2O(3)CH3OH燃料电池燃料电池用导线相连的两个铂电极插入用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两溶液中，然后向两极分别通入极分别通入CH3OH和和O2。负极：负极：2CH3OH16OH12e=2CO32-12H2O；正极：正极：3O26H2O12e=12OH总反应方程式为总反应方程式为2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O燃料电池的规律燃料电池的规律燃料做负极，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，只起传导电子的电极材料一般不参加

16、化学反应，只起传导电子的作用。作用。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%，有利于节约能源。，有利于节约能源。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：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小结小结:燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池 除能量转化率除能量转化率 高外还可持续使用，不污染环境。高外还可持续使用，不污染环境。一般的可燃物均可与一般的可燃物均可与O2组成燃料电池组成燃料电池，如，如H2、CO、CH4、乙醇等。乙醇等。燃料电池一般以碱性介质

17、作电解液，也可用酸性介质作电燃料电池一般以碱性介质作电解液，也可用酸性介质作电 解液，二者电极反应式是有区别的解液，二者电极反应式是有区别的。【基础题【基础题】日常所用的干电池的电极分别为碳棒和日常所用的干电池的电极分别为碳棒和锌皮，以糊状锌皮，以糊状NH4Cl和和ZnCl2作电解质作电解质(其中加入其中加入MnO2氧化吸收氧化吸收H2)，电极反应可简化为：，电极反应可简化为：Zn2e=Zn2；2NH2e=2NH3H2，根据上述叙，根据上述叙述判断下列说法正确的是述判断下列说法正确的是( )A干电池中锌为正极，碳为负极干电池中锌为正极，碳为负极B干电池工作时，电子由锌极经外电路流向碳极干电池工

18、作时，电子由锌极经外电路流向碳极C干电池长时间连续工作时，内装糊状物可能流干电池长时间连续工作时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器出腐蚀用电器D干电池可实现化学能向电能的转化和电能向化干电池可实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化学能的转化BC【思考题【思考题】(2010浙江浙江)LiAl/FeS电池是一种正在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：开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2LiFeS2e=Li2SFe。有关该电池的下列。有关该电池的下列说法中，正确的是说法中，正确的是( )ALiAl在电池中作为负极材料，该材料中在电池中作为负极材料，该材料中Li的化的化

19、合价为合价为1价价B该电池的电池反应式为该电池的电池反应式为2LiFeS=Li2SFeC负极的电极反应式为负极的电极反应式为Al3e=Al3D充电时，阴极发生的电极反应式为充电时，阴极发生的电极反应式为Li2SFe2e=2LiFeSB【解析【解析】Li和和Al都属于金属，所以都属于金属，所以LiAl应该属应该属于合金而不是化合物，因此化合价为于合金而不是化合物，因此化合价为0价，价，A错误；错误；由正极反应式知负极应该是由正极反应式知负极应该是Li失去电子而不是失去电子而不是Al，选项选项C错误，错误，B正确；充电时阴极相当于原电池的正确；充电时阴极相当于原电池的负极，要得电子，正确的反应式是

20、负极，要得电子，正确的反应式是2Li2e=2Li，所以选项，所以选项D也错误。也错误。重要考点重要考点1 二次电池的原理与特点二次电池的原理与特点 可充电电池是高考常考知识点，二次电池首先可充电电池是高考常考知识点，二次电池首先需要判断什么情况下是原电池，什么情况下是电解需要判断什么情况下是原电池，什么情况下是电解池，二次电池充电时是电解池，放电时是原电池。池，二次电池充电时是电解池，放电时是原电池。充电和放电是在两种不同的条件下发生的，充电是充电和放电是在两种不同的条件下发生的，充电是在外接电源条件下发生的非自发氧化还原反应，放在外接电源条件下发生的非自发氧化还原反应，放电是在无外接电源条件

21、下发生的自发氧化还原反应。电是在无外接电源条件下发生的自发氧化还原反应。【考点释例【考点释例1】化学电池在通讯、交通及日常生活中化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。有着广泛的应用。(1)目前常用的镍目前常用的镍(Ni)镉镉(Cd)电池，其电池总反应可以电池，其电池总反应可以表示为表示为Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2；已知；已知Ni(OH)2和和Cd(OH)2均难溶于水但能均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是溶于酸，以下说法中正确的是()以上反应是可逆反应以上反应是可逆反应以上反应不是可逆反应以上反应不是可逆反应充电时化学能转变为电能充电时化学能转变

22、为电能放电时化学能转变为电能放电时化学能转变为电能 A B C DB(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为这是因为_。(3)下图是废弃镍镉电池中的重金属渗入水体后，进下图是废弃镍镉电池中的重金属渗入水体后，进入人体的一条途径：入人体的一条途径：生物体生物体D中重金属浓度中重金属浓度_(填填“大于大于”、“等于等于”或或“小于小于”)生物体生物体A中重金属浓度，这

23、是通过食物链中重金属浓度，这是通过食物链_作用所引起的。除上述途径外，被污染水作用所引起的。除上述途径外，被污染水体中的重金属还可以直接通过体中的重金属还可以直接通过_(途径途径)进入人进入人体。体。Ni(OH)2和和Cd(OH)2均溶于酸形成有毒的离子均溶于酸形成有毒的离子大于大于富集富集被污染的饮用水被污染的饮用水【温馨提示【温馨提示】1.二次电池的特点：电压稳定、使用方便、安全可靠、二次电池的特点：电压稳定、使用方便、安全可靠、使用寿命长，但一般体积大、废弃电池易污染环境。使用寿命长，但一般体积大、废弃电池易污染环境。2二次电池首先需要判断什么情况下是原电池，什二次电池首先需要判断什么情

24、况下是原电池，什么情况下是电解池，二次电池充电时是电解池，放么情况下是电解池，二次电池充电时是电解池，放电时是原电池。充电和放电是在两种不同的条件下电时是原电池。充电和放电是在两种不同的条件下发生的，充电是在外接电源条件下发生的非自发氧发生的，充电是在外接电源条件下发生的非自发氧化还原反应，放电是在无外接电源条件下发生的自化还原反应，放电是在无外接电源条件下发生的自发氧化还原反应。发氧化还原反应。1.LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池。电池的总反应可表示为：的总反应

25、可表示为：4Li2SOCl2=4LiClSSO2。此电池工作时，被氧化的物质是此电池工作时，被氧化的物质是( ) ALi BSOCl2 CLiCl DS和和SO2A2.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是 H2NiO(OH) Ni(OH)2根据此反应式判断，下列叙述中正确的是根据此反应式判断，下列叙述中正确的是(双选双选)( )A放电时，电池负极周围溶液的放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大不断增大B电池放电时，镍元素被氧化电池放电时，镍元素被氧化C电池

26、充电时，氢元素被还原电池充电时，氢元素被还原D电池放电时，电池放电时，H2是负极是负极CD重要考点重要考点2 燃料电池的原理与特点燃料电池的原理与特点1燃料电池的特点燃料电池的特点 燃料电池是利用燃烧反应或与之类似的反应具有能量变燃料电池是利用燃烧反应或与之类似的反应具有能量变化大的特点而设计的电池。它具有高效无污染的特点，正成化大的特点而设计的电池。它具有高效无污染的特点，正成为新能源研究的重点。燃料电池的工作原理具有如下特点：为新能源研究的重点。燃料电池的工作原理具有如下特点：(1)两电极可能相同，电极不参加反应。电极的作用是催化两电极可能相同，电极不参加反应。电极的作用是催化转换，作用很

27、关键，原理很复杂。转换，作用很关键，原理很复杂。(2)氧气等氧化剂总是在正极得电子发生还原反应，燃料在氧气等氧化剂总是在正极得电子发生还原反应，燃料在负极失电子发生氧化反应。负极失电子发生氧化反应。(3)燃料电池的电解质可能是酸性、碱性和熔融的盐或氧化燃料电池的电解质可能是酸性、碱性和熔融的盐或氧化物。物。(4)燃料电池总反应式的条件都不能写燃料电池总反应式的条件都不能写“点燃点燃”，通常条件不，通常条件不写。写。2有氧气参加的燃料电池正极反应式的书写有氧气参加的燃料电池正极反应式的书写(1)酸性条件酸性条件(如硫酸如硫酸)：O24H4e=2H2O(2)碱性条件碱性条件(如如KOH溶液溶液)：

28、O22H2O4e=4OH(3)熔融的盐熔融的盐(如如K2CO3并在通并在通O2的一极通的一极通CO2)：O22CO24e=2CO32-(4)熔融的氧化物熔融的氧化物(有有O2迁移迁移)O24e=2O2若已知燃料电池总反应和正极反应式将很容易书写负若已知燃料电池总反应和正极反应式将很容易书写负极反应式。极反应式。【考点释例【考点释例2以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()A该电池能够在高温下工作该电池能够在高温下工作B电池的负极反应为：电池的负极反应为： C6H12O66H2O24e

29、=6CO224HC放电过程中，放电过程中，H从正极区向负极区迁移从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生氧气，理论上能生成标准状况下成标准状况下气体气体 CO2【解析【解析】由于是微生物燃料电池，则不可能在高温由于是微生物燃料电池，则不可能在高温下工作，所以下工作，所以A错误；放电过程中，错误；放电过程中，H从负极区向从负极区向正极区迁移，结合正极区迁移，结合O2形成形成H2O，所以，所以C错误；消错误；消耗耗1 mol氧气则转移氧气则转移4 mol e，由，由C6H12O66H2O24e=6CO224H计算出：转移计算出：转移4 mol e则生

30、成则生成1 mol CO2，即，即22.4 L，所以，所以D错误。错误。答案：B【温馨提示【温馨提示】 (1)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。起导电作用。(2)燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料(如如H2、CH4、CH3OH等等)，在正极上参与反应的是空气或，在正极上参与反应的是空气或氧气，电解质溶液一般是氧气，电解质溶液一般是KOH溶液。溶液。(3)书写电极反应方程式时：酸性条件下可用书写电极反应方程式时：酸性条件下可用H和和H2O配平；碱性条件可用配平；碱性条件可用OH和和H2O配平。配平。1.(2010湖南怀化市第二次模拟考试化学试题湖南怀化市第二次模拟考试化学试题)据报据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车在北京道，我国拥有完全自