化學(xué)電源課件

1、第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源1.了解化學(xué)電源的種類(lèi)及其工作原理,知道化學(xué)電源在生產(chǎn)、生活和國(guó)防中的實(shí)際應(yīng)用。2.認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要作用。3.掌握一次電池、二次電池、燃料電池的反應(yīng)原理,會(huì)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。發(fā)明電池的故事發(fā)明電池的故事 伏特是意大利帕維亞大學(xué)的研究電學(xué)的伏特是意大利帕維亞大學(xué)的研究電學(xué)的物理學(xué)家。物理學(xué)家。 有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖學(xué)家的一篇論文，說(shuō)動(dòng)物肌肉里貯存著電，剖學(xué)家的一篇論文，說(shuō)動(dòng)物肌肉里貯存著電，可以用金屬接觸肌肉把電引出來(lái)?？戳诉@篇論可以用金屬接觸肌肉把電引出來(lái)。

2、看了這篇論文，伏特非常興奮，便決定親自來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)文，伏特非常興奮，便決定親自來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。他用許多只活青蛙反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)，實(shí)。他用許多只活青蛙反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)，實(shí)際情況并不像加伐尼所說(shuō)的那樣，而是兩種不際情況并不像加伐尼所說(shuō)的那樣，而是兩種不同的金屬接觸產(chǎn)生的電流，才使蛙腿的肌肉充同的金屬接觸產(chǎn)生的電流，才使蛙腿的肌肉充電而收縮。為了證明自己的發(fā)現(xiàn)是正確的，伏電而收縮。為了證明自己的發(fā)現(xiàn)是正確的，伏特決定更深入地了解電的來(lái)源。特決定更深入地了解電的來(lái)源。 發(fā)明電池的故事發(fā)明電池的故事 一天，他拿出一塊錫片和一枚銀幣，把這兩種一天，他拿出一塊錫片和一枚銀幣，把這兩種金屬放在自己的舌頭上，

3、然后叫助手將金屬導(dǎo)線把金屬放在自己的舌頭上，然后叫助手將金屬導(dǎo)線把它們連接起來(lái)，剎時(shí)，他感到滿(mǎn)嘴的酸味兒。它們連接起來(lái)，剎時(shí)，他感到滿(mǎn)嘴的酸味兒。接著，他將銀幣和錫片交換了位置，當(dāng)助手將接著，他將銀幣和錫片交換了位置，當(dāng)助手將金屬導(dǎo)線接通的一瞬間，伏特感到滿(mǎn)嘴的咸味。金屬導(dǎo)線接通的一瞬間，伏特感到滿(mǎn)嘴的咸味。這些實(shí)驗(yàn)證明，兩種金屬在一定的條件下就能這些實(shí)驗(yàn)證明，兩種金屬在一定的條件下就能產(chǎn)生電流。伏特想，只要能把這種電流引出來(lái)，就產(chǎn)生電流。伏特想，只要能把這種電流引出來(lái)，就能大有作用。能大有作用。伏特經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)明了被后人稱(chēng)做伏特經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)明了被后人稱(chēng)做“伏特電堆伏特電堆”的

4、電池，這就是在銅板和鋅板中間夾上的電池，這就是在銅板和鋅板中間夾上卡紙和用鹽水浸過(guò)的布片，一層一層堆起來(lái)的蓄電卡紙和用鹽水浸過(guò)的布片，一層一層堆起來(lái)的蓄電池。這種電池，今天仍然在使用著池。這種電池，今天仍然在使用著為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，人們?yōu)榱思o(jì)念他的貢獻(xiàn)，人們把電把電壓的計(jì)量單位叫做伏特，簡(jiǎn)稱(chēng)伏，壓的計(jì)量單位叫做伏特，簡(jiǎn)稱(chēng)伏，符號(hào)符號(hào)V V。比如我們手電筒里的電池的。比如我們手電筒里的電池的電壓是電壓是1.51.5伏特，我們家里的電燈的伏特，我們家里的電燈的電壓是電壓是220220伏特。伏特。 七嘴八舌談電池話題1. 你知道哪些電池，它們有哪些應(yīng)用？2. 生活中實(shí)用電池與其他能源、原電池相比較有

5、哪些優(yōu)點(diǎn)？3. 你如何評(píng)判一塊電池的優(yōu)劣？4. 你能根據(jù)電池特點(diǎn)將其分類(lèi)嗎？形形色色的電池形形色色的電池 A A CuZn 稀稀H H2 2SOSO4 4KOH溶液溶液 CH4 O2 2 H2Oa極極 b極極用于汽車(chē)的鉛蓄電池和燃料電池用于汽車(chē)的鉛蓄電池和燃料電池用于用于“神六神六”的太陽(yáng)能電的太陽(yáng)能電池池筆記本電腦專(zhuān)用電池筆記本電腦專(zhuān)用電池手機(jī)專(zhuān)用電池手機(jī)專(zhuān)用電池?cái)z像機(jī)專(zhuān)用電池?cái)z像機(jī)專(zhuān)用電池各式各樣的紐扣電各式各樣的紐扣電池池在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過(guò)哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？ 電池化學(xué)電池太陽(yáng)能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)

6、生的熱能通過(guò)熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池等。廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品。高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。、化學(xué)電池分類(lèi)、化學(xué)電池分類(lèi)化學(xué)電池化學(xué)電池一次電池一次電池二次電池二次電池燃料電池燃料電池定義定義例子例子電池中的反應(yīng)物質(zhì)電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次氧化還原進(jìn)行一次氧化還原反應(yīng)并放電之后，反應(yīng)并放電之后，就不能再次利用就不能再次利用又稱(chēng)充電電池或又稱(chēng)充電電池或蓄電池蓄電池在放電后經(jīng)充電可使電在放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)獲得重池中的活性物質(zhì)獲得重生，恢復(fù)工作能力，可生，恢復(fù)工作能力，可多次重復(fù)使用多次重

7、復(fù)使用是一種連續(xù)地將燃料和是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電源，化成電能的化學(xué)電源，又稱(chēng)連續(xù)電池又稱(chēng)連續(xù)電池干電池：干電池：電池中的電池中的電解質(zhì)溶液制成膠電解質(zhì)溶液制成膠體，不流動(dòng)，故稱(chēng)體，不流動(dòng)，故稱(chēng)干電池干電池鉛蓄電池、鉛蓄電池、鋅銀蓄電池、鋅銀蓄電池、鎳鎘電池、鎳鎘電池、鋰離子電池鋰離子電池氫氣、甲醇、天然氣、氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧氣組成燃料煤氣與氧氣組成燃料電池。電池。如：普通鋅錳電池、如：普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅堿性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池銀紐扣電池一、化學(xué)電池一、化學(xué)電池小型高性能小型高性能燃料電池燃料電池 、化學(xué)電池優(yōu)點(diǎn)、化學(xué)

8、電池優(yōu)點(diǎn)（）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。（）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。（）可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的（）可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。電池和電池組，使用方便。（）易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。（）易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。、判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn) （）比能量（）比能量符號(hào)符號(hào)(Ah/kg)，(Ah/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少（）比功率（）比功率符號(hào)是符號(hào)是W/kg，W/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大?。?）電池

9、的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短）電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。一次電池一次電池普通鋅錳電池普通鋅錳電池鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅普通鋅- -錳干電池的結(jié)構(gòu)錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等普通干電池普通干電池二、一次電池二、一次電池 普通鋅錳干電池：普通鋅錳干電池：活性物質(zhì)為活性物質(zhì)為NHNH4 4ClCl和淀粉糊作電解和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有質(zhì)，還填有MnOMnO2 2 和炭黑。電極反應(yīng)式：和炭黑。電極反應(yīng)式：負(fù)負(fù) 極：極：Zn

10、 - 2eZn - 2eZnZn2+2+正正 極：極：2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e+2MnO+2MnO2 2 MnMn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3 H H2 2O O總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn + 2NHZn + 2NH4 4+ + +2MnO +2MnO2 2 ZnZn2+2+ +Mn +Mn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3 H H2 2O O 優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。堿性鋅堿性鋅-錳干電池錳干電池電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOH負(fù)極：負(fù)極：ZnZnZn + 2OH- - 2

11、e- = Zn(OH)2正極：正極：MnOMnO2 22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連 續(xù)放電續(xù)放電電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2堿性電池堿性電池 一次電池一次電池銀銀鋅鋅鈕扣電池鈕扣電池正極：正極：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH負(fù)極：負(fù)極：Zn +2OH-2e- =Zn(OH)2總反應(yīng)：總反應(yīng)： Zn+Ag2O + H2O = Zn

12、(OH)2 +2Ag一次電池一次電池 鋰電池鋰電池鋰亞硫酰氯電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S負(fù)極：負(fù)極： ；正極：；正極： 。用途：質(zhì)輕、高能用途：質(zhì)輕、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。作溫度寬、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+

13、SO+SO3 32-2-+2S+2S二次電池二次電池鉛蓄電池鉛蓄電池放電過(guò)程總反應(yīng)：放電過(guò)程總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正極：正極：PbO2 + 4H+SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)負(fù)極：負(fù)極：放電過(guò)程放電過(guò)程鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過(guò)程逆過(guò)程鉛蓄電池鉛蓄電池負(fù)極負(fù)極正極正極充電過(guò)程充電過(guò)程PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 還原反應(yīng)還原反應(yīng)陰極：陰極：陽(yáng)極：陽(yáng)極：PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2

14、+ 4H+ SO42- 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源負(fù)極接電源正極接電源正極充電過(guò)程總反應(yīng)：充電過(guò)程總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4鉛蓄電池的充放電過(guò)程：鉛蓄電池的充放電過(guò)程：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放電放電充電充電缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：比能量低、廢棄電池污染環(huán)境比能量低、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉價(jià)格低廉其它二次電池其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、銀鋅電池、鋰離子電池鎳鎘電池、鎳氫電池、銀鋅電池、鋰離子電池鉛蓄電池鉛蓄電池燃料電池燃料電池燃料電池是利

15、用燃料和氧化劑之間的燃料電池是利用燃料和氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電源。（氫氣、甲烷、肼、電能的化學(xué)電源。（氫氣、甲烷、肼、甲醇、氨等燃料電池甲醇、氨等燃料電池） 氫氧燃料電池氫氧燃料電池 堿性電解質(zhì)（堿性電解質(zhì)（KOH）負(fù)極負(fù)極: 2H2-4e-+4OH-=4H2O正極正極: O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng)總反應(yīng): 2H2+O2=2H2O若把氫氧化鉀換成若把氫氧化鉀換成硫酸硫酸,電極反應(yīng)式又該如何呢？電極反應(yīng)式又該如何呢？ 酸性電解質(zhì)酸性電解質(zhì)： 負(fù)極：負(fù)極： 2H2-4e-=4H+ 正極：正極： O2+4H+4e-=2H2

16、O 總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O 若將上述電池的電解液換成質(zhì)子交換膜電解液換成質(zhì)子交換膜，所形成的電池就是質(zhì)子交換膜電池，質(zhì)子交換膜能允許氫離子通過(guò)，請(qǐng)寫(xiě)出質(zhì)子交換膜電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。 負(fù)極負(fù)極： 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ + 正極正極： O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O 總反應(yīng)總反應(yīng)：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O 氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充； 反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出； 能量轉(zhuǎn)化率高能量轉(zhuǎn)化率高(超過(guò)超過(guò)80%)，普通的只有，普通的只有30%，

17、有利于節(jié)約能源。有利于節(jié)約能源。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：體積較大、附屬設(shè)備較多體積較大、附屬設(shè)備較多 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換率高、清潔、對(duì)環(huán)境好能量轉(zhuǎn)換率高、清潔、對(duì)環(huán)境好 其它燃料電池：其它燃料電池：烴、肼、甲醇、氨、煤氣燃料電烴、肼、甲醇、氨、煤氣燃料電池池燃料電池的規(guī)律燃料電池的規(guī)律燃料電池與前幾種電池的差別：燃料電池與前幾種電池的差別： 燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極 電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。子的作用。若將上述堿性電池中的燃料換成甲烷甲烷，請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式?？偡磻?yīng)式總反應(yīng)式：CH4+2O2+2KOH=

18、K2CO3+3H2O正極正極：2O2+8e-+4H2O=8OH-負(fù)極負(fù)極：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O若將上述堿性電池中的燃料換成甲醇甲醇，請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。 總反應(yīng)總反應(yīng)：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O正極正極：3O2+12e-+6H2O=12OH- 負(fù)極負(fù)極：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O怎樣書(shū)寫(xiě)燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？怎樣書(shū)寫(xiě)燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？書(shū)寫(xiě)步驟：書(shū)寫(xiě)步驟：1、寫(xiě)出燃燒反應(yīng)；、寫(xiě)出燃燒反應(yīng)；2、根據(jù)電解液改寫(xiě)燃料電池總反應(yīng)；、根據(jù)電解液改寫(xiě)燃料電池總反應(yīng)；3、寫(xiě)出正極的電極反應(yīng)

19、式、寫(xiě)出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡(jiǎn)單一般較簡(jiǎn)單); 正極反應(yīng)一般為：正極反應(yīng)一般為：酸性介質(zhì)酸性介質(zhì) O2+4H+4e=2H2O 堿性介質(zhì)堿性介質(zhì) O2+2H2O+4e=4OH 4、由燃料電池總反應(yīng)減去正極的電極反應(yīng)式、由燃料電池總反應(yīng)減去正極的電極反應(yīng)式得負(fù)極的電極反應(yīng)式。得負(fù)極的電極反應(yīng)式。其它常見(jiàn)化學(xué)電源的電極反應(yīng)式也可據(jù)此寫(xiě)出其它常見(jiàn)化學(xué)電源的電極反應(yīng)式也可據(jù)此寫(xiě)出 固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池是一種采用固體氧化物作為電解質(zhì)的燃料電池。該電池中的固體氧化物電解質(zhì)是一種特殊的固體電解質(zhì)，能夠允許氧離子通過(guò)。其工作原理是在負(fù)極通入燃料，在正極通入氧氣，而氧氣所形成的氧離子能夠通過(guò)氧

20、化物電解質(zhì)。某燃料電池使用固體氧化物作為電解質(zhì)，在一極通入CH4，在另一極通入O2，請(qǐng)根據(jù)原電池的工作原理，寫(xiě)出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。負(fù)極CH4-8e-+4O2=CO2+2H2O正極O2+4e-=2O2總反應(yīng)CH4 + 2O2=CO2+2H2O 熔融鹽燃料電池熔融鹽燃料電池是一種高溫燃料電池。其工作原理是在負(fù)極通入燃料，在正極通入氧氣，使用高溫熔融鹽作為電解質(zhì)。某燃料電池使用碳酸鉀作為熔融鹽電解質(zhì)，在一極通入一氧化碳，在另一極通入二氧化碳和氧氣的混合氣，已知該電池的一個(gè)電極反應(yīng)式為：COCO322e2CO2,請(qǐng)根據(jù)原電池的工作原理，寫(xiě)出另一電極反應(yīng)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。小結(jié)：化學(xué)電源

21、化學(xué)電源1、一次電池、一次電池2、二次電池、二次電池3、燃料電池、燃料電池鋅錳干電池鋅錳干電池鉛蓄電池鉛蓄電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池掌握每一類(lèi)典型掌握每一類(lèi)典型電池的正負(fù)極、電池的正負(fù)極、電極反應(yīng)；電極反應(yīng)；了解了解每一類(lèi)電池的優(yōu)每一類(lèi)電池的優(yōu)缺點(diǎn)；對(duì)其它電缺點(diǎn)；對(duì)其它電池有初步的認(rèn)識(shí)池有初步的認(rèn)識(shí)減減 少少 污污 染染節(jié)節(jié) 約約 資資 源源沖擊高考題沖擊高考題: 1、（、（江蘇高考）堿性電池具有容量大、江蘇高考）堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅-錳堿性錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電流總反應(yīng)式為：電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電流總反應(yīng)式為：Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列說(shuō)