《江西省人教版高中化学选修4化学反应原理第四章第二节化学电源（第1课时）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江西省人教版高中化学选修4化学反应原理第四章第二节化学电源（第1课时）（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,1,江西省教育信息技术研究“十二五”规划2012年度课题基于网络的高中化学课件库的建设与应用研究 （课题编号：GDK-2012-G-72883）,主持人：桂耀荣,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,2,第四章 电化学基础,第二节 化学电源,第1课时,新课标人教版高中化学课件系列,选修4 化学反应原理,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,3,形形色色的电池,化学电源,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,4,形形色色的电池,化学电源,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,5,用途广泛的
2、电池,用于汽车的铅蓄电池和燃料电池,化学电源,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,6,用途广泛的电池,用于“神六”的太阳能电池,笔记本电脑专用电池,手机专用电池,摄像机专用电池,各式各样的纽扣电池,化学电源,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,7,1、化学电池,化学电池是将化学能转变为电能的装置。 它主要包括一次电池、二次电池、燃料电池。,一次电池（干电池）：活性物质消耗到一定程度，就不能使用； 二次电池（充电电池或蓄电池）：放电后可以再充电使活性物质获得再生； 燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。,化学电源,2018/11/24,
3、江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,8,2、化学电池的分类,化学电池,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,锂离子电池,银锌蓄电池,普通锌锰干电池,锌银纽扣电池,化学电源,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,9,3、化学电源的组成,正极：常选用金属氧化物 负极：常选用较活泼金属 与活性物质一起构成电极的添加剂一般有：导电剂、粘结剂、缓蚀剂等。,电解液：高导电率，化学稳定性好、不易挥发、易于 长期贮存 隔膜：较高离子传输能力，较低电子导电能力，好的化学稳定性和一定的机械强度。,化学电源,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,10,4、衡量电池
4、优劣的指标,比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少，符号(Wh)/kg ,(Wh)/L 比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小，符号W/kg ,W/L 储存时间：电池的储存时间的长短 除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更适合使用者的需要。,化学电源,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,11,一、一次电池(又叫干电池),普通锌锰电池,碱性电池,1、普通干电池,负极,正极,电池反应：,（Zn）：Zn 2e- = Zn2+,（MnO2和C）：,优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。,2NH4+2MnO2 + 2
5、e-=2NH3+Mn2O3+H2O,Zn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,一次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,12,随着用电器朝着 小型化、多功能化发 展的要求，对电池的 发展也提出了小型化、 多功能化发展的要求。,体积小、性能好的碱性锌锰电池应运 而生。这类电池的重要特征是电解液由原来 的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由 锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电 流大幅度提高。,一次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,13,2、碱性锌-锰干电池,缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵,优点：比能量和储存时
6、间有所提高，适用于大电流 和连续放电,氢氧化氧锰,一次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,14,3、锌银钮扣电池,正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH-,负极：Zn +2OH-2e- =Zn(OH)2,锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH。,总反应: Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2,一次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,15,4、锂电池,锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。,一次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂
7、耀荣,16,4、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li - 2e- = 2Li+， 正极：I2 + 2e- = 2I-， 总反应：2Li + I2 = 2LiI,跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？,与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。,一次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,17,二、二次电池,1、铅蓄电池,铅蓄电池是以平行排列的铅、铅锑合金或铅钙合金栅板为主架，栅格中交替地填充着负极和正极地铅和二氧化铅，电解质为H2SO4溶液。,H2SO4,二次电池特点：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，
8、使活性物质可以获得再生。这类电池可反复多次使用。,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,18,放电过程总反应：,Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,Pb + SO42- -2e- =PbSO4,正极：,PbO2 + 4H+SO42-+2e- =PbSO4 +2H2O,氧化反应,还原反应,负极：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,19,充电过程,PbSO4 +2e- =Pb + SO42-,还原反应,阴极：,阳极：,PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ S
9、O42-,氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4,铅蓄电池的充放电过程：,Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,20,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,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,21,(白色沉淀),Pb(铅)PbSO4(硫酸铅),PbO2PbSO4,增加,硫酸浓度变小,密度变小,化学能电能,PbSO4 PbO2,PbSO4(硫酸铅) Pb(铅),减少
10、,硫酸浓度变大,密度变大,电能化学能,(负极),(正极),(电解液),电池反应,Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,22,2.镍氢电池,圆柱可充镍氢电池,方形可充镍氢电池,镍氢（MH-Ni) 电池,负极： 1/2H2 + OH- - e- = H2O,正极： NiOOH + H2O + e-= Ni(OH)2 + OH-,电池反应：1/2H2 + NiOOH Ni(OH)2,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,23,能量密度高； 无镉污染，是一种绿色电池； 可大电流快速充放电； 电池工作电
11、压为1.2V； 在小型便携电子器件、电动工具、电动车辆和混合动力车上逐步得到应用。,Ni/MH电池优点：,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,24,3.锂离子电池,电池式：,电池反应：,LiCoO2C6,CoO2LiC6,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,25,锂离子电池的优越性能 相对于传统的镉镍电池(Ni/Cd)和氢镍电池(Ni/MH),锂离子电池的电压大约是它们的3倍;重量比能量密度提高了约3倍;对于同样的功率消耗，锂离子电池的使用期限约为镍镉电池的2.252.57倍.现在锂离子电池已经是电子信息产品设计人员的普通配置. 1.工作电压
12、高 2.比能量大 3. 循环寿命长 4.自放电率低 5. 无记忆效应 6.污染小,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,26,部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格,二次电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,27,三、燃料电池,燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池）,1、氢氧燃料电池,酸性电解质：,碱性电解质 负极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极: O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应: 2H2+O2=2H2O,负极： 2H2-4e-=4H+,正极： O2+4H+
13、4e-=2H2O,总反应：2H2+O2=2H2O,燃料电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,28,燃料电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,29,燃料电池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,燃料电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,30,书写电极反应式应注意以下几点,2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（
14、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）；,1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；,3溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-；,燃料电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,31,2、铝-空气-海水电池,1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。 负极：4A1-12e- 4A13+ 正极：3O2+6H2O+12e- 12OH- 电池总反应式：4A1+3O2+6H2O4A1(OH)3 这种海水电池比“
15、干电池”的能量高2050倍。,燃料电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,32,3、甲烷-氧燃料电池,该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极 上分别通甲烷和氧气: 负极：CH4 + 10OH- - 8e- CO32- + 7H2O 正极：2O2 + 4H2O + 8e- 8OH- 电池总反应式：CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O,思考：甲醇燃料电池 （电解质为KOH）,燃料电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,33,燃料电池,结合氧原子,结合氧原子,结合氧原子,提供氧原子,提供氧原子,提供氧原子,燃料电池,2018/11/24,江西省
16、鹰潭市第一中学 桂耀荣,34,固体燃料电池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 - 4e- +2O2= 2H2O,O2 + 4e-= 2O2,燃料电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣,35,小结:,燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池 除能量转化率 高外还可持续使用，不污染环境。 一般的可燃物均可与O2组成燃料电池，如H2、CO、CH4、乙醇等。 燃料电池一般以碱性介质作电解液，也可用酸性介质作电 解液，二者电极反应式是有区别的。如甲烷-氧燃料电池在酸性介质中的电极反应为： 负极：CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+ 正极：2O2 + 8H+ + 8e- 4H2O 总反应式为：CH4 + 2O2 CO2+2H2O,燃料电池,2018/11/24,江西省鹰潭市第一
