人教版化学选修四-化学电源ppt课件.ppt
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1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源在日常生活和学习中,你用过哪些电池,你在日常生活和学习中,你用过哪些电池,你知道电池的其他应用吗?知道电池的其他应用吗? 电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转换生的热能通过热能转换器转换为电能的装置为电能的装置思考:思考:用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池
2、笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电各式各样的纽扣电池池普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 镍镍镉镉电电池池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 锂离子电池锂离子电池 镍氢电池镍氢电池 电池发明的小故事电池发明的小故事q17911791年他在解剖时年他在解剖时会有肌肉抽搐的现象。伽会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物的组织会产生伏尼认为动物的组织会产生电流,而金属是传递电流的电流,而金属是传递电流的导体。导体。 q他从独特的角度认为电流他从独特的角度认为电流是由两种不同的金属产生的,是由两种不同的金属产生的,经过一系列的实
3、验,终于在经过一系列的实验,终于在1800年成功研制了世界上年成功研制了世界上第一个能产生稳定电流的电第一个能产生稳定电流的电池(见下图)。池(见下图)。 (意大利生物(意大利生物学家伽伏尼)学家伽伏尼)(法国物理学家、(法国物理学家、化学家伏特)化学家伏特)化学电池的组成化学电池的组成组 成负 极正 极电解质电子流向反应类型 电极材料电极上发生反应的物质能导电的物质能导电的物质还原性较强还原性较强的物质(大的物质(大多是金属电多是金属电极本身)极本身)氧化性较强氧化性较强的物质的物质酸、碱、酸、碱、盐溶液盐溶液或熔融或熔融液液流出电子流出电子流入电子流入电子氧化反应氧化反应还原反应还原反应化
4、学电池的分类化学电池的分类一次电池:一次电池:活性物质消耗到一定程度,就不能使用,其活性物质消耗到一定程度,就不能使用,其电解质溶液制成胶状,不流动,也叫干电池,如锌锰电电解质溶液制成胶状,不流动,也叫干电池,如锌锰电池;池;二次电池:二次电池:放电后可以再充电使活性物质获得再生,又放电后可以再充电使活性物质获得再生,又叫充电电池或蓄电池,如铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电叫充电电池或蓄电池,如铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池;池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池;燃料电池:燃料电池:一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换一种连续将燃料和氧化剂的化学能直
5、接转换成电能的化学电池,如成电能的化学电池,如氢气、甲醇、天然气、煤气与氧氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。气组成燃料电池。能量转化率较高;能量转化率较高;供能稳定可靠;供能稳定可靠;可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电池组;池组;使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作。使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作。电池的优点电池的优点衡量电池优劣的指标衡量电池优劣的指标比能量:比能量:电池单位质量或单位体积所能输出电能电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。的多少。单位:单位:(Wh)/kg,(Wh)/L(Wh)/kg,(Wh)/L比
6、功率:比功率:电池单位质量或单位体积所能输出功率电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。的大小。单位:单位:W/kg,W/LW/kg,W/L储存时间:储存时间:电池的可储存时间的长短电池的可储存时间的长短一、一次电池一、一次电池 1 1、锌锰电池锌锰电池放电之后不能充电放电之后不能充电( (内部的氧化还原反应不可逆内部的氧化还原反应不可逆) ) 碱性锌锰电池碱性锌锰电池普通锌锰电池普通锌锰电池(1)普通锌锰电池:)普通锌锰电池:活性物质为活性物质为NH4Cl和淀粉糊,做和淀粉糊,做电解质,还填有电解质,还填有MnO2和炭黑。电极反应式:和炭黑。电极反应式:负负 极极:Zn-2e-=Zn2+正
7、正 极极:2NH4+2e-+2MnO2=Mn2O3+2NH3+H2O总反应总反应:Zn + 2NH4+2MnO2=Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O锌锰电池工作原理锌锰电池工作原理普通锌锰电池优点:制作简单、价格便宜。优点:制作简单、价格便宜。缺点:放电时间短,电压下降快。缺点:放电时间短,电压下降快。(2)碱性锌锰电池)碱性锌锰电池:活性物质为活性物质为KOH和淀粉糊,做电和淀粉糊,做电解质,还填有解质,还填有MnO2和炭黑。电极反应式:和炭黑。电极反应式:负负 极:极:Zn-2e-+2OH- =Zn(OH)2正正 极:极:2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-总反应:总反应
8、:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2氢氧化氧锰氢氧化氧锰缺点:缺点:多数只能一次使用,不能充电;价格较贵。多数只能一次使用,不能充电;价格较贵。优点:优点:比能量和储存时间有所提高,适用于大电流比能量和储存时间有所提高,适用于大电流 和连续放电。和连续放电。2 2、银锌电池、银锌电池总反应式总反应式: :Zn+AgZn+Ag2 2O+HO+H2 2O=2Ag+Zn(OH)O=2Ag+Zn(OH)2 2电极反应式电极反应式: : 负极负极: : Zn+2OH Zn+2OH- -2e-2e- -=Zn(OH)=Zn(OH)2 2 正极正极: : Ag Ag2 2O+HO+H2
9、 2O+2eO+2e- -=2Ag+2OH=2Ag+2OH- - 电解液电解液: KOH: KOH溶液溶液优点:优点:电池比能量大、电压稳定,储存时间长。适宜电池比能量大、电压稳定,储存时间长。适宜小电流连续放电,常制成纽扣式微型电池,广泛用于小电流连续放电,常制成纽扣式微型电池,广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。3 3、锂电池、锂电池锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) ):8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极负极: :
10、;正极正极: : 。用途:用途:质轻、高能质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳、高工作效率、高稳定电压、宽工作温度、高使用寿命,广泛应用于军定电压、宽工作温度、高使用寿命,广泛应用于军事和航空领域。事和航空领域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S锂电池锂电池 锂是密度最小的金属,用锂作为电池的负极,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。锂电池的比能量高电压高
11、,工寿命大大延长。锂电池的比能量高电压高,工作温度宽。由于锂电池性能优异,广泛应用于作温度宽。由于锂电池性能优异,广泛应用于军事和空间领域,民用领域以微小功率为主,军事和空间领域,民用领域以微小功率为主,例如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等例如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等的电源的电源锂电池的特点及用途锂电池的特点及用途铅蓄电池铅蓄电池 化学能化学能电能电能 放电放电 充电充电 二、二次电池二、二次电池 放电过程总反应放电过程总反应Pb(s)+PbOPb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)=2PbSO(aq)=2PbSO4 4(s)+2H(s)+2
12、H2 2O(l)O(l) Pb(s) + SOPb(s) + SO4 42-2-(aq)-2e(aq)-2e- - =PbSO =PbSO4 4(s)(s)正极:正极:PbOPbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +(aq)+SO(aq)+SO4 42-2-(aq)+2e(aq)+2e- - =PbSO=PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)O(l) 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极:负极:放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程铅蓄电池工作原理铅蓄电池工作原理充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e-=Pb(s) +
13、SO42-(aq) 还原反应还原反应阴极阴极阳极阳极 PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq) 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应:充电过程总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程:铅蓄电池的充放电过程:2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)放电放电充电充电优缺点简析优缺点简析缺点:缺点: 比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点:优点: 可重复使用、电压稳定、使
14、用方便、安全可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉可靠、价格低廉其他二次电池其他二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池锂离子蓄电池镉镍电池与氢镍电池:镉镍电池与氢镍电池: Cd+ 2NiO(OH) +2 H2O 2Ni (OH)2 + Cd(OH)2 放电放电充电充电 2H2+ 2NiO(OH) 2Ni(OH)2放电放电充电充电镉镍电池总反应:镉镍电池总反应:氢镍电池总反应:氢镍电池总反应:课后思考:课后思考:根据上面所给的总方程式,你能写出各极发生的根据上面所给的总方程式,你能写出各极发生的反应方程式吗?反应方程式吗?小型
15、高性能燃小型高性能燃料电池料电池 三、燃料电池三、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。换成电能的化学电池。 酸性电解质:酸性电解质: 碱性电解质碱性电解质 负极负极: 2H: 2H2 2-4e-4e- -+4OH+4OH- - = 4H= 4H2 2O O 正极正极: O: O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- - = 4OH= 4OH- - 总反应总反应: 2H: 2H2 2+O+O2 2 = 2H= 2H2 2O O负极:负极:2H2H2 2-4e-4e- - = 4H= 4H+ +正极:正极:
16、O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- - = 2H= 2H2 2O O总反应:总反应:2H2H2 2+O+O2 2 = 2H= 2H2 2O O(1 1)氢氧燃料电池:)氢氧燃料电池:中性电解质:中性电解质:负极:负极:2H2-4e- = 4H+正极正极: O2+2H2O+4e- = 4OH-总反应:总反应:2H2+O2 = 2H2O介质介质电池总反应:电池总反应: 2H2 + = 2H2O 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+
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