選修第四章第二節(jié)化學(xué)電源

選修第四章第二節(jié)化學(xué)電源第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月［學(xué)與問］在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，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能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1、概念:將化學(xué)能變成電能的裝置2、分類:①一次電池又稱不可充電電池——如：干電池②二次電池又稱充電電池——蓄電池③燃料電池3、優(yōu)點:①能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。②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。③易維護，可在各種環(huán)境下工作。化學(xué)電池第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4、電池優(yōu)劣的判斷標準:①比能量［符號(W·h/kg)，(W·h/L)］指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[符號是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③電池的儲存時間的長短第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月疊層電池紐扣電池各類電池各類電池鋰電池干電池第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月空氣電池小型高性能燃料電池

第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1、干電池(普通鋅錳電池）干電池用鋅制桶形外殼作負極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作電解質(zhì)溶液，還填充MnO2的黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。一、一次電池第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月干電池負極（鋅筒）：Zn-2e-＝Zn2+

正極（石墨棒）：

2NH4++2e-＝2NH3+H2

H2+2MnO2＝Mn2O3+H2OZn2++4NH3＝[Zn(NH3)4]2+

總反應(yīng)：2Zn+4MnO2+4NH4Cl=[Zn(NH3)4]Cl2+2Mn2O3+ZnCl2+2H2O（-）Zn|NH4Cl|C（+）第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2、堿性鋅-錳干電池|KOH|負極：(-)ZnZn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺點：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴優(yōu)點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

(+)MnO2第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.鋅銀鈕扣電池正極：Ag2O+H2O+

2e-=2Ag+2OH－負極：Zn+2OH－-2e-=ZnO+H2O總反應(yīng)：Zn+Ag2O=ZnO+2AgZn|

KOH

|

Ag2O第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4、鋰電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：

8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負極：

；正極：

。用途：質(zhì)輕、高能(比能量高)、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。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池……1.鉛蓄電池(1)正負極材料正極：PbO2負極：Pb(2)工作機制電解質(zhì)：H2SO4溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個過程二、二次電池第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月放電過程總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2OPb(s)+SO42--2e-=PbSO4(s)正極：PbO2(s)+4H++SO42-+2e-=PbSO4(s)+2H2O

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)負極：①放電過程鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)②充電過程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-

還原反應(yīng)陰極：陽極：PbSO4(s)+2H2O-2e-=PbO2(s)+4H++SO42-

氧化反應(yīng)接電源負極接電源正極充電過程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4鉛蓄電池的充放電過程：放電充電第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)優(yōu)缺點簡析缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池……第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2、銀鋅蓄電池1970-1975,開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983,為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。1998-1992,為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2、銀鋅蓄電池反應(yīng)式為：Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2

寫出電極反應(yīng)式。放電充電正極殼填充Ag2O和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液KOH。第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時，負極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD電極反應(yīng)：負極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3、鎘鎳電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放電充電負極材料：Cd；正極材料：涂有NiO2，電解質(zhì)：KOH溶液。反應(yīng)式如下：寫出電極反應(yīng)式。特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月鎳—鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池的負極材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電A.Cd

（A

）B.

NiO(OH)

D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2電極反應(yīng)：負極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月大有發(fā)展前景的燃料電池

燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達近80%，約為火力發(fā)電的2倍。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零；燃料電池發(fā)明于19世紀30年代末，經(jīng)反復(fù)試驗、改進，到20世紀60年代才開始進入實用階段。三、燃料電池第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1、燃料電池特點燃料、氧化劑：外部供給電極：不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件2、燃料電池優(yōu)點：綠色、高效、節(jié)能，可連續(xù)使用。第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月氫氧燃料電池第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3、氫氧燃料電池（1）構(gòu)造特點：（2）電池反應(yīng)

酸性電解質(zhì)

總反應(yīng)：負極：正極：第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月負極:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正極:O2+2H2O＋4e-＝4OH-總反應(yīng)方程式：

2H2＋O2＝2H2O練習(xí)1：氫氧燃料電池（堿性電解質(zhì)）第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月負極:正極:總反應(yīng)方程式：

練習(xí)2：甲醇燃料電池

酸性電解質(zhì)堿性電解質(zhì)第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月負極:正極:總反應(yīng)方程式：

練習(xí)3：乙烷燃料電池

酸性電解質(zhì)堿性電解質(zhì)第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：負極反應(yīng)式：2CO＋2CO32-=4CO2＋4e－正極反應(yīng)式：

?？傠姵胤磻?yīng)式：

。第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月5、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。下列對該燃料電池說法正確的是()A.在熔融電解質(zhì)中，O2-由負極移向正極B.電池的總反應(yīng)是：2C4H10＋13O2-

＝8CO2＋10H2OC.通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為:O2＋4e-＝2O2-D.通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：C4H10＋26e-＋13O2-＝4CO2＋5H2O第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：2H2+Ｏ２=2H2O

酸性負極正極中性負極

正極堿性負極正極2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月固體燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

負極正極負極

正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點：1．電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的所有規(guī)則（如“拆”、“平”）；3．負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如＋4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32－形式存在）；2．將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月用途廣泛的電池用于“神六”的太陽能電池筆記本電腦專用電池手機專用電池攝像機專用電池各式各樣的紐扣電池第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來研制、開發(fā)和已投入使用的高性能、無污染電池。金屬氫化物鎳電池與鎘鎳電池有相同的工作電壓(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合金儲氫材料作為負極活性物質(zhì)，取代了致癌物質(zhì)鎘，使其成為一種綠色環(huán)保電池。鋰離子蓄電池系由碳作負極，嵌鋰的金屬氧化物作正極和有機電解質(zhì)構(gòu)成，其工作電壓為36伏，因此一個鋰離子電池相當(dāng)三個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池?？沙潆妷A錳電池是在堿性鋅錳原電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于應(yīng)用了無汞化的鋅粉及新型添加劑，不僅保持了原電池的電流放電特性，而且能充電使用幾十次至幾百次。太陽能電池利用P—N結(jié)的光電效應(yīng)，把太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能，滿足用戶需要。這種發(fā)電具有無需燃料、無污染、無噪聲、運行簡單可靠、減少維護、建設(shè)周期短等特點，已被空間和無常規(guī)能源的地域廣泛采用。綠色電池種種第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月電池的發(fā)展方向光電池使用方便,特別是近年來微小型半導(dǎo)體逆變器迅速發(fā)展,促使其應(yīng)用更加快捷.美,日,歐和發(fā)展中國家都制定出龐大的光伏技術(shù)發(fā)展計劃,開發(fā)方向是大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性,降低成本,不斷擴大產(chǎn)業(yè).目前已有80多個國家和地區(qū)形成商業(yè)化,半商業(yè)化生產(chǎn)能力,市場開拓從空間轉(zhuǎn)向地面系統(tǒng)應(yīng)用。第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂總結(jié)1、僅有一個電極材料參與反應(yīng)的原電池：

負極：M-xe=Mx+

正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2、兩個電極均參與反應(yīng)的原電池（如蓄電池，紐扣電池）①電極材料：金屬為負極，金屬化合物為正極．第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月②電子得失均由兩電極本身發(fā)生．③電極反應(yīng)需考慮電解質(zhì)溶液的參與．

3、電極材料本身均不參與反應(yīng)的電池（燃料電池）①兩電極材料均為惰性電極．②負極－可燃性氣體失電子，正極－助燃性氣體得電子．③電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液．第37頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，由于發(fā)生的反應(yīng)類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為____，這一極的電極反應(yīng)為___________________；通入氧氣的一極為_______，電極反應(yīng)為__________________________________，總反應(yīng)為__________________________。負極CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正極O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應(yīng)第38頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1、在含有