高二化學(xué)選修四《化學(xué)電源》課件

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,歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂,第四章電化學(xué)基礎(chǔ),第二節(jié)化學(xué)電源,,化學(xué)電源,［學(xué)與問(wèn)］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)生的熱能通過(guò)熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,知識(shí)點(diǎn)1：化學(xué)電池,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(diǎn):,4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):,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(hù)，可在各種環(huán)境下工作。,,①比能量,［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,②比功率,[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,③電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短,鋰電池,干電池,疊層電池,紐扣電池,各類電池,知識(shí)點(diǎn)2：各類電池,,1、干電池(普通鋅錳電池）,干電池用鋅制桶形外殼作負(fù)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。電極總的反應(yīng)式為：,4NH4Cl+2Zn+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O,請(qǐng)寫出各電極的電極反應(yīng)。,(一)一次電池,練：寫出鋅錳干電池的電極反應(yīng)和總化學(xué)反應(yīng)方程式。負(fù)極————————————————正極————————————————總反應(yīng)———————————————通常我們可以通過(guò)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?cè)谑褂酶呻姵氐倪^(guò)程中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請(qǐng)推測(cè)可能是干電池中的什么成分起了作用？,Zn-2e-=Zn2+,2NH4++2e-=2NH3+H2,Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2,鋅筒變軟，電池表面變得不平整,MnO2,堿性鋅-錳干電池,負(fù)極：,正極：,電池反應(yīng)：,電解質(zhì)：,KOH,——Zn,——MnO2,Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,［思考］該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)．,干電池,負(fù)極:Zn－2e-＝Zn2＋,正極:2NH4+＋2e-＝2NH3↑＋H2↑,總電池反應(yīng)方程式：2NH4Cl＋Zn＝ZnCl2＋2NH3↑＋H2↑,缺點(diǎn)：放電量小，放電過(guò)程中易氣漲或漏液,改進(jìn)后堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍，不會(huì)氣漲或漏液。,二氧化錳的用途,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,2、迷你型電池,優(yōu)點(diǎn)：電壓高、穩(wěn)定，低污染。,用途：手表、相機(jī)、心率調(diào)節(jié)器,HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）,Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）,3、鋰電池,鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負(fù)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,鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池……,鉛蓄電池,1)正負(fù)極材料,正極：PbO2,負(fù)極：Pb,2)工作機(jī)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(gè)過(guò)程,(二)二次電池,放電過(guò)程總反應(yīng)：,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l),Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s),正極：,PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l),氧化反應(yīng),還原反應(yīng),負(fù)極：,①放電過(guò)程,鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過(guò)程,2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),①充電過(guò)程,PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq),還原反應(yīng),陰極：,陽(yáng)極：,2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+H+(aq)+SO42-(aq),氧化反應(yīng),,接電源負(fù)極,,接電源正極,充電過(guò)程總反應(yīng)：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),鉛蓄電池的充放電過(guò)程：,3)優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析,缺點(diǎn)：,比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境,優(yōu)點(diǎn)：,可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)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……,2、銀鋅蓄電池,1970-1975,開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983,為美國(guó)海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國(guó)國(guó)家能源部發(fā)展電動(dòng)車用的鎳鋅電池。1998-1992,為美國(guó)海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。,,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(guò)程可以表示為：,2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O,此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（）,A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn,D,電極反應(yīng)：,負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,3、鎘鎳電池,負(fù)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(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。,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(fù)極材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,A.Cd,（A）,B.NiO(OH),D.Ni(OH)2,C.Cd(OH)2,電極反應(yīng)：,負(fù)極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,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(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來(lái)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(dá)近80%，約為火力發(fā)電的2倍。這是因?yàn)榛鹆Πl(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(jì)30年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到20世紀(jì)60年代才開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。第一代燃料電池的大致情況如下：,(三)燃料電池,氫氧燃料電池,ThisfuelcellwasusedtosupplyelectricityfortheApolloSpaceProgram,燃料電池,優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對(duì)環(huán)境友好,用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊,負(fù)極:2H2+4OH-－4e-＝4H2O,正極:O2+2H2O＋4e-＝4OH-,總反應(yīng)方程式：2H2＋O2＝2H2O,燃料電池,2H2-4e-=4H+,O2+4H++4e-=2H2O,2H2-4e-=4H+,O2+2H2O+4e-=4OH-,2H2+4OH--4e-=4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,固體燃料電池,2H2-4e-+2O2－=2H2O,O2+4e-=2O2－,2H2-4e-=4H+,O2+4H++4e-=2H2O,航天技術(shù)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(diǎn)。用Pt做電極，KOH溶液做電解液，因其反應(yīng)與氫氧燃燒相似，故稱為氫氧燃燒電池。請(qǐng)寫出各電極的電極反應(yīng)。,氫氧燃料電池,若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應(yīng),將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個(gè)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(shí)質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為_(kāi)___，這一極的電極反應(yīng)為_(kāi)__________________；通入氧氣的一極為_(kāi)______，電極反應(yīng)為_(kāi)_________________________________，總反應(yīng)為_(kāi)_________________________。,負(fù)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),書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：,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(fù)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(jià)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)；,用途廣泛的電池,用于“神六”的太陽(yáng)能電池,筆記本電腦專用電池,手機(jī)專用電池,攝像機(jī)專用電池,各式各樣的紐扣電池,迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來(lái)研制、開(kāi)發(fā)和已投入使用的高性能、無(wú)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(chǔ)氫材料作為負(fù)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(fù)極，嵌鋰的金屬氧化物作正極和有機(jī)電解質(zhì)構(gòu)成，其工作電壓為36伏，因此一個(gè)鋰離子電池相當(dāng)三個(gè)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(lái)的，由于應(yīng)用了無(wú)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(yáng)能電池利用P—N結(jié)的光電效應(yīng)，把太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換成電能，滿足用戶需要。這種發(fā)電具有無(wú)需燃料、無(wú)污染、無(wú)噪聲、運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠、減少維護(hù)、建設(shè)周期短等特點(diǎn)，已被空間和無(wú)常規(guī)能源的地域廣泛采用。,綠色電池種種,電池的發(fā)展方向,光電池使用方便,特別是近年來(lái)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(guó)家都制定出龐大的光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)劃,開(kāi)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(kuò)大產(chǎn)業(yè).目前已有80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)形成商業(yè)化,半商業(yè)化生產(chǎn)能力,年均增長(zhǎng)達(dá)16,市場(chǎng)開(kāi)拓從空間轉(zhuǎn)向地面系統(tǒng)應(yīng)用。,課堂總結(jié)1、僅有一個(gè)電極材料參與反應(yīng)的原電池：負(fù)極：M-xe=Mx+正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2、兩個(gè)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(fù)極，金屬化合物為正極．,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(fù)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．,1、在含有H2S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了Ag2S），原因是銀發(fā)生了（填析氫或吸氧）腐蝕，其電極反應(yīng)式為：負(fù)極正極，最終在表面生成Ag2S的離子反應(yīng)方程式為．為了除去銀器表面Ag2S，可采用如下方法：在一個(gè)鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使銀器與鋁接觸良好．過(guò)一段時(shí)間，銀器表面變?yōu)殂y白色，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，請(qǐng)用電極反應(yīng)式和離子方程式表示上述過(guò)程．,鞏固練習(xí),,,,,Al-3e-=Al3+,Ag2S+2e-=2Ag+S2-,2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S?,2、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(zhì)，CO為陽(yáng)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極燃?xì)?，制得?5℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO32-=4CO2+4e正極反應(yīng)式：總反應(yīng)式：,,,O2+4e-+2CO2=2CO32-,2CO+O2=2CO2,3.鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)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(yīng)為L(zhǎng)i+MnO2=LiMnO2,下列說(shuō)法正確的是（）A、Li是正極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e-=Li+B、Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－e-=Li+C、Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為MnO2+e-=MnO2–D、Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i－2e-=Li2+,B,4Al-12e=4Al3+,3O2+6H2O+12e=12OH-,不活潑金屬或碳,Cu,2Fe3++2e=2Fe2+,Cu-2e=Cu2+,6、已知：鉛蓄電池充電完畢后，電池中硫酸的密度為?1，放電完畢后，溶液的密度變?yōu)?2。又鉛蓄電池充電時(shí)的反應(yīng)：2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4法拉第常數(shù)：F=96500C/mol⑴寫出鉛蓄電池使用時(shí)所產(chǎn)生的總反應(yīng)式及兩電極上的半反應(yīng)。⑵已知充放電完畢后，溶液的密度是下列兩個(gè)數(shù)據(jù)：1.10g/cm3,相當(dāng)于含14.35%(質(zhì)量)的硫酸，1.28g/cm3,相當(dāng)于含36.87%(質(zhì)量)的硫酸請(qǐng)指出分別?1，?2對(duì)應(yīng)于哪一個(gè)數(shù)據(jù)？⑶用什么方法可以確定什么時(shí)候該充電什么時(shí)候該停止充電？⑷按方程式計(jì)算生成及消耗的水和硫酸的質(zhì)量。⑸計(jì)算一個(gè)電容量為4.32106C的蓄電池中需加多少硫酸？⑹用久了的鉛蓄電池會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，為什么？,充電,,中學(xué)化學(xué)資料網(wǎng)版權(quán)所有http://www.e-,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,