第四章第二节-化学电源(备课件)2021-2022学年高二化学选修4同步备课系列(人教版)

高二化学人教版选修4第四章

电化学基础2第二节

化学电源一个人的心脏跳动过慢时，医生会建议他安装一个心脏起搏器，借助化学反应产生的电流来延长生命。该用什么材料制作这样的电池呢？经过科学家的长期研究，发明的这种电池叫做锂电池。那除了这种电池外，还有其他的一些电池。让我们一起来了解化学电源的多样性吧［学与问］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化学电源化学电池一次电池二次电池燃料电池氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池铅蓄电池锌银蓄电池镍镉电池锂离子电池普通干电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池

电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。

又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。

是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池。1)概念:将化学能变成电能的装置2)分类:化学电池63)优点:4)电池优劣的判断标准:①能量转换效率高，供能稳定可靠。②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。③易维护，可在各种环境下工作。①比能量［符号(W·h/kg)，(W·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少②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③电池的储存时间的长短叠层电池纽扣电池各类电池锂电池干电池小型高性能燃料电池

1、干电池(普通锌锰电池）干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O一、一次电池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？_____________________________我们在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？Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2，H2+2MnO2=Mn2O3+H2O锌筒变软，电池表面变得不平整MnO2ZnCl2Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。2、碱性锌-锰干电池\KOH\负极：(-)ZnZn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

(+)MnO23.锌银钮扣电池正极：Ag2O+H2O+

2e-=2Ag+2OH－负极：Zn+2OH－-2e-=ZnO+H2O总反应：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag电极分别为Ag2O和Zn电解质溶液为KOH4、锂电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：

8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：

；正极：

。用途：质轻、高能(比能量高)、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。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S为什么废旧纽扣电池应专门回收？钮扣电池含有汞，当其废弃在自然界里，外层金属锈蚀后，汞就会慢慢从电池中溢出来，进入土壤或在下雨之后进入地下水，再通过农作物进入人体，损伤人的内脏。在微生物的作用下，无机汞可以转变成甲基汞，聚积在鱼类的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细胞，使人的神经系统受到严重破坏，重者会发疯致死。日本水俣病就是甲基汞所致。铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池…1.铅蓄电池1)正负极材料正极：PbO2负极：Pb2)工作机制电解质：H2SO4溶液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二、二次电池放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O负正Pb(s)+SO42--2e-=PbSO4(s)正极：PbO2(s)+4H++SO42-+2e-=PbSO4(s)+2H2O

氧化反应

还原反应负极：①放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4PbSO4(s)+PbSO4(s)+

2H2O(l)负极正极阴极阳极(2)充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-

还原反应阴极：阳极：PbSO4(s)+2H2O-2e-=PbO2(s)+4H++SO42-

氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：放电充电3)优缺点简析缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……2、银锌蓄电池正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

写出电极反应式。充电放电1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。银-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可以表示为：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-3、镉镍电池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放电充电负极材料：Cd；正极材料：涂有NiO2，电解质：KOH溶液。反应式如下：写出电极反应式。特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。镍—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Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电A.Cd

（A

）B.

NiO(OH)

D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2电极反应：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-大有发展前景的燃料电池

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)燃料电池氢氧燃料电池燃料电池优点：能量转化率高，可持续使用，

对环境友好用途：宇宙飞船，应用前景广阔负极:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正极:O2+2H2O＋4e-＝4OH-总反应方程式：

2H2＋O2＝2H2O（-）Ni（多孔）KOH（溶液）NiO2(+）

燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ２=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-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-固体燃料电池介质电池反应：

2H2+Ｏ２=2H2O

负极正极负极

正极2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O反应原理如下：

正极：O2+2CO2+4e-=2CO32-

负极：2H2+2CO32--4e–=2CO2+2H2O熔融盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐（在正极充入CO2气作助燃剂,该电池放电的过程中CO2被循环使用）。

总反应：O2

＋2H2=2H2O将铂丝插入KOH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，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，通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应为__________________________；通入氧气的一极为_______，电极反应为__________________________________，总反应为__________________________。负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；

②反应产物不断排出；

③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。

缺点：体积较大、附属设备较多

优点：能量转换率高、清洁、对环境好其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别：

①燃料做负极，助燃剂氧气为正极

②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。（四）海水电池4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3[思考]指出该电池的正、负极材料、写出正、负极反应式和总反应式。负极：正极：总反应：（Al）：4Al-12e-=4Al3+（石墨）3O2+6H2O+12e—=12OH—1991年我国首创的以铝—空气—海水组成的新型电池，可用于航标灯中。书写电极反应式应注意以下几点：1．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“拆”、“平”）；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CO32－形式存在）；2．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；课堂总结1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：

负极：M-xe=Mx+

正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属2、两个电极均参与反应的原电池（如蓄电池，纽扣电池）①电极材料：金属为负极，金属化合物为正极．②电子得失均由两电极本身发生．③电极反应需考虑电解质溶液的参与．

3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）①两电极材料均为惰性电极．②负极－可燃性气体失电子，正极－助燃性气体得电子．③电极反应考虑电解质溶液．1、电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献，下列有关电池的叙述不正确的是(

)

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．甲醇燃料电池中甲醇参与正极反应

C．碱性锌锰电池中，锌电极是负极

D．太阳能电池的主要材料是高纯度的硅B课堂练习2、关于铅蓄电池放电时的说法正确的（）

A．电