第二節(jié)化學電源自學

第二節(jié)化學電源自學1第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月化學電源［學與問］在日常生活和學習中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應用嗎？電池化學電池太陽能電池原子能電池將化學能轉換成電能的裝置將太陽能轉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換器轉變?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)也有特殊應用。第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月【思考】①目前化學電池主要分為哪幾個大類？在性能等方面它們各有什么特點？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？②化學電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？③判斷電池的優(yōu)劣標準主要是什么？第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月知識點1：化學電池1)概念:將化學能變成電能的裝置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:4)電池優(yōu)劣的判斷標準:①能量轉換效率高，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。①比能量［符號(W·h/kg)，(W·h/L)］指電池單位質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)]指電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大?、垭姵氐膬Υ鏁r間的長短第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月鋰電池干電池疊層電池紐扣電池各類電池知識點2：各類電池第5頁，課件共38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38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。電極總的反應式為：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O請寫出各電極的電極反應。一、一次電池第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月練：寫出鋅錳干電池的電極反應和總化學反應方程式。負極————————————————正極————————————————總反應———————————————通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？_____________________________我們在使用干電池的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請推測可能是干電池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2，H2+2MnO2=Mn2O3+H2O鋅筒變軟，電池表面變得不平整MnO2Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月堿性鋅-錳干電池負極：正極：電池反應：電解質：KOH——Zn——MnO2Zn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2［思考］該電池的正負極材料和電解質．第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2、迷你型電池（紐扣電池）優(yōu)點：電壓高、穩(wěn)定，低污染。用途：手表、相機、心率調節(jié)器HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、鋰電池鋰電池：（-）Li（S）LiI（晶片）I2(+）

鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負極：

；正極：

。用途：質輕、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，廣泛應用于軍事和航空領域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S第11頁，課件共38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：Pb2)工作機制電解質：H2SO4溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應分為放電和充電兩個過程二、二次電池第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月放電過程總反應：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2OPb(s)+SO42--2e-=PbSO4(s)正極：PbO2(s)+4H++SO42-+2e-=2PbSO4(s)+2H2O

氧化反應

還原反應負極：①放電過程鉛蓄電池充電的反應則是上述反應的逆過程第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)①充電過程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-

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

氧化反應接電源負極接電源正極充電過程總反應：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38頁，創(chuàng)作于2023年2月3)優(yōu)缺點簡析缺點：能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：可重復使用、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38頁，創(chuàng)作于2023年2月2、銀鋅蓄電池正極殼填充Ag2O和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，電解質溶液KOH。反應式為：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

寫出電極反應式。充電放電1970-1975,開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術。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38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)生反應的物質是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD電極反應：負極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-第17頁，課件共38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：KOH溶液。反應式如下：寫出電極反應式。特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用。第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月鎳—鎘可充電電池可發(fā)生如下反應：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：負極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-第19頁，課件共38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反應時釋放出來的化學能直接轉化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉化率可達近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)反復試驗、改進，到20世紀60年代才開始進入實用階段。第一代燃料電池的

大致情況如下：

(三)燃料電池第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月氫氧燃料電池第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月新型燃料電池燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應產(chǎn)物不斷排出電池第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料電池優(yōu)點：能量轉化率高，可持續(xù)使用，對環(huán)境友好用途：宇宙飛船，應用前景廣闊負極:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正極:O2+2H2O＋4e-＝4OH-總反應方程式：2H2＋O2＝2H2O（-）Ni（多孔）KOH（溶液）NiO2(+）

第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料電池介質電池反應：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24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月固體燃料電池介質電池反應：

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25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月航天技術上使用的一種電池，它具有高能、輕便、不污染環(huán)境等優(yōu)點。用Pt做電極，KOH溶液做電解液，因其反應與氫氧燃燒相似，故稱為氫氧燃燒電池。請寫出各電極的電極反應。氫氧燃料電池若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應Pt電極H2O2氫氧燃料電池模擬KOH第26頁，課件共38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)生的反應類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應的實質判斷，通入甲烷的一極為____，這一極的電極反應為___________________；通入氧氣的一極為_______，電極反應為__________________________________，總反應為__________________________。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第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月書寫電極反應式應注意以下幾點：1．電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子反應的所有規(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（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．將兩極反應的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應，總反應減去一極反應即得到另一極反應；第28頁，課件共38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29頁，課件共38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，取代了致癌物質鎘，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構成，其工作電壓為36伏，因此一個鋰離子電池相當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上發(fā)展起來的，由于應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結的光電效應，把太陽光能直接轉換成電能，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30頁，課件共38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體逆變器迅速發(fā)展,促使其應用更加快捷.美,日,歐和發(fā)展中國家都制定出龐大的光伏技術發(fā)展計劃,開發(fā)方向是大幅度提高光電池轉換效率和穩(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,市場開拓從空間轉向地面系統(tǒng)應用。第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂總結1、僅有一個電極材料參與反應的原電池：

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32頁，課件共38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電極反應需考慮電解質溶液的參與．

3、電極材料本身均不參與反應的電池（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電極反應考慮電解質溶液．第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1、熔融鹽燃料電池具有較高的發(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，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極燃氣，制得在65℃下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式：負極反應式：2CO+2CO32-=4CO2+4e正極反應式：總反應式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2鞏固練習第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.鋰電池是一代新型高能電池，它以質量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應為Li+MnO2=LiMnO2,下列說法正確的是（）A、Li是正極，電極反應為Li－e-=Li+B、Li是負極，電極反應為Li－e-=Li+C、Li是負極，電極反應為MnO2+e-=MnO2–D、Li是負極，電極反應為Li－2e-=Li2+B第35頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、1991年我國首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標志燈已經(jīng)研制成功。該燈以海水為電解質溶液，靠空氣中氧使鋁不斷氧化產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘就發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電