化学42《化学电源》课件(新人教版选修4)

第四章电化学基础第二节化学电源伏打电池供电量小，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；安全、耐用、便携；有特殊用途；便于回收、污染小。知识点1：化学电池1)概念:将化学能变成电能的装置2)分类:①一次电池又称不可充电电池——如：干电池②二次电池又称充电电池——蓄电池③燃料电池3)优点:4)电池优劣的判断标准:比能量(指电池单位质量或单位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。锂电池干电池叠层电池纽扣电池各类电池知识点2：各类电池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：4NH4Cl+2Zn+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O请写出各电极的电极反应。(一)一次电池干电池负极:Zn－2e-＝Zn2＋普通锌锰干电池：（-）ZnZnCl2、NH4Cl（糊状）石墨(ＭnO2)(+）正极:2NH4+＋2e-＝2NH3↑＋H2↑总电池反应方程式：2NH4Cl＋Zn＝ZnCl2＋2NH3↑＋H2↑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：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。H2O+4MnO2＋2Zn＝Zn(OH)2+ZnO＋2Mn2O3二氧化锰的用途练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。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+H2Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2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是一种新型的干电池。正极材料为MnO2,还原产物为Mn2O3,电解质是KOH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？优点:工作电动势稳定负极：Zn+2OH－－2e-=Zn(OH)2正极：2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH－总：Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O32、迷你型电池优点：电压高、稳定，低污染。用途：手表、相机、心率调节器HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）3、锂电池锂电池：（-）Li（S）LiI（晶片）I2(+）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(二)二次电池1、铅蓄电池正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是海绵状的金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。写出电极反应式。铅蓄电池特点：电压高稳定，可反复使用，安全、方便、可靠。铅易产生氢气损耗，充电时需加水。用途：汽车电源负极Pb＋SO42-－2e-＝PbSO4↓正极PbO2＋4H+＋SO42-＋2e-＝2PbSO4↓＋2H2O总反应方程式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O放电充电铅蓄电池（原电池）工作时，总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,由此可以判断：（1）原电池的电极材料：正极为_____负极为_____（2）两极的电极反应式：正极为__________________负极为_______________________（3）工作一段时间后，蓄电池里电解质溶液的pH______（填变大、变小、不变）PbO2PbPbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2OPb-2e-+SO42-=PbSO4变大充电放电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)2Zn+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。第一代燃料电池的大致情况如下：(三)燃料电池氢氧燃料电池ThisfuelcellwasusedtosupplyelectricityfortheApolloSpaceProgram燃料电池优点：能量转化率高，可持续使用，不污染环境用途：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－=2H2OO2+4e-=2O2－2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=2H2O航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。氢氧燃料电池若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应Pt电极H2O2氢氧燃料电池模拟KOH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电池的用途电子钟表、袖珍记数器照相机、手机、摄像机、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、开发和已投入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相同的工作电压(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合金储氢材料作为负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其成为一种绿色环保电池。锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧化物作正极和有机电解质构成，其工作电压为36伏，因此一个锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利用P—N结的光电效应，把太阳光能直接转换成电能，满足用户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无噪声、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的地域广泛采用。绿色电池种种电池的发展方向光电池使用方便,特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷.美,日,欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划,开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩大产业.目前已有80多个国家和地区形成商业化,半商业化生产能力,年均增长达16,市场开拓从空间转向地面系统应用。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、在含有H2S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了Ag2S），原因是银发生了（填析氢或吸氧）腐蚀，其电极反应式为：负极正极，最终在表面生成Ag2S的离子反应方程式为．为了除去银器表面Ag2S，可采用如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，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．巩固练习Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S￪2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极燃气，制得在65℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO+2CO32-=4CO2+4e正极反应式：总反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO23.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，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li+MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（）A、Li是正极，电极反应为Li－e-=Li+B、Li是负极，电极反应为Li－e-=Li+C、Li是负极，电极反应为MnO2+e-=MnO2–D、Li是负极，电极反应为Li－2e-=Li2+B4、1991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20到50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极反应。负极正极4Al-12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH-不活泼金属或碳Cu5已知：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2利用这一反应，试设计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，然后