4.2第四章 第二节《化学电源》课件(人教版选修4)

第四章电化学基础第二节化学电源［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: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。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）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(一)一次电池投影负极正极总反应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+H2MnO2碱性锌-锰干电池电池反应：电解质：KOH负极：——Zn正极：——MnO2Zn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2电池的正负极材料和电解质．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。Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)22、锌银电池优点：电压高、稳定，低污染。用途：手表、相机、计算器和其他微型电子仪器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铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池…铅蓄电池1)正负极材料正极：PbO2负极：Pb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2)工作机制投影放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)还原反应Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)氧化反应负极：①放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)①充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)还原反应阴极：阳极：2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+H+(aq)+SO42-(aq)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(aq)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)2Zn+Ag2O+H2O写出电极反应式。充电放电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-D3、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。特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。镍氢（MH-Ni)电池负极：H2+2OH--2e-=2H2O正极：2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-电池反应：H2+2NiOOH=2Ni(OH)2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负极:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正极:O2+2H2O＋4e-＝4OH-总反应方程式：2H2＋O2＝2H2O投影将铂丝插入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.下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是()C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；C巩固练习2.下列制氢气的反应速率的是C.粗锌和1mol/L盐酸；A.纯锌和1mol/L硫酸；B.纯锌和18mol/L硫酸；D.粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。（D）3.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，然后填空：正极，电极反应负极，电极反应2Fe3++2e=2Fe2+Cu-2e=Cu2+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．Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S￪