电化学基础化学电源课件.ppt

1、1、在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道、在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？电池的其它应用吗？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生的热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变为电能的装置能通过热能转换器转变为电能的装置碱性锌锰电池、锌银电池、铅碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。锂离子电池等。广泛应用于通讯、交通、文化、广泛应用于通讯、交通、

2、文化、办公及家用电子产品。高科技、办公及家用电子产品。高科技、军事、生产行业也有特殊应用。军事、生产行业也有特殊应用。学与问学与问学与问学与问2、目前化学电池主要分为哪几个大类？、目前化学电池主要分为哪几个大类？在性能等方面它们各有什么特点？在性能等方面它们各有什么特点？产生电能的基本原理是什么？产生电能的基本原理是什么？化学电池与其他能源相比有哪些优点？化学电池与其他能源相比有哪些优点？判断电池的优劣标准主要是什么？判断电池的优劣标准主要是什么？将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置（2）分类）分类:一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如：干电池如：干电池二次电池又称充电电

3、池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池（3）优点）优点:（4）电池优劣的判断标准）电池优劣的判断标准:能量转换效率高，供能稳定可靠。能量转换效率高，供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的 电池和电池组，使用方便。电池和电池组，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。比能量比能量符号符号(Wh/kg)，(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比功率比功率符号是符号是W/kg，W/L)指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小指电池单位质量或单位体积

4、所能输出功率的大小电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短（1）概念）概念:干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池形形色色的电池形形色色的电池“震动动力充电电池震动动力充电电池”勺水充电勺水充电三三维维纳纳米米结结构构电电池池尿液充电的电池尿液充电的电池 1、干电池、干电池(普通锌锰电池）普通锌锰电池）锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和CNH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等糊状物等糊状物练习：练习：写出锌锰干电池的电极反应方程式。写出锌锰干电池的电极反应方程式。负极：负极：正极：正极：总反应总反应通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它

5、已经不能正常供电了？能正常供电了？_我们在我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？干电池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2，H2+2MnO2=Mn2O3+H2O锌筒变软，电池表面变得不平整锌筒变软，电池表面变得不平整MnO2 ZnCl2 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。Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O(一一)一次电池一次电池2、碱性锌、碱

6、性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极：正极：电池反应：电池反应：电解质：电解质：KOH(Zn)(MnO2)Zn+2OH-2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考该电池的正负极材料和电解质该电池的正负极材料和电解质3、银、银-锌电池锌电池Ag2O +Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag负极：负极：正极：正极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-=2Ag +2OH-电池反应：电池反应：碱性电池碱性电池(二二)二次电池二次电池1、铅蓄电池、铅蓄电池 放电过程：放电过程：Pb(s

7、)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s)+SO42-2e-=PbSO4(s)正极：正极：PbO2(s)+4H+SO42-+2e-=2PbSO4(s)+2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：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正负极材料正负极材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb电解质：电解质：H2SO4溶液溶液充电过程：充电过程：PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：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2PbSO4(s)+2H2O-

8、2e-=PbO2(s)+H+SO42-2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：放电放电 充电充电讨论：讨论：(2011全国全国)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：为：Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是（下列有关该电池的说法不正确的是（）A.电池的电解液为碱性溶液，正极为电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为、负极为Fe B.

9、电池放电时，负极反应为电池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2 C.电池充电过程中，阴极附近溶液的电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低降低 D.电池充电时，阳极反应为电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2O另：镉镍电池另：镉镍电池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+Cd(OH)2 放放电电充电充电负极材料：负极材料：Cd；正极材料：正极材料：涂有涂有NiO2，电解质：电解质：KOH溶液。溶液。总反应式：总反应式：试写出电池放电的电极反应式：试写出电池放电的电极反应式：负极：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：正极：2

10、NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-2、锂电池锂电池 P43特点：特点：“绿色绿色”；容量大；容量大；电解液中不能有水电解液中不能有水讨论：讨论：（2010浙江）浙江）Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：该电池中正极的电极反应式为：2Li+FeS+2e-Li2S+Fe 有关有关该电池的下列中，正确的是（该电池的下列中，正确的是（）A.Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为的化合价为+1价价B.该电池的电池反应式为：该电池的电池反应式为：2Li+FeSLi2

11、S+FeC.负极的电极反应式为负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+D.充电时，阴极发生的电极反应式为：充电时，阴极发生的电极反应式为：2Li s+Fe-22eLiFeS3、燃料电池：、燃料电池：大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池燃料电池是利用是利用氢气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃料与等燃料与氧氧气或空气气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近燃料电池的能量转化率可达近80%80%，约，约为火力发电的为火力发电的2 2倍倍。这是因为火力发电中放

12、出的废热太多。燃。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的料电池的噪声噪声及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零废气污染都接近零；燃料电池发明于燃料电池发明于1919世纪世纪3030年代末，经反复试验、改进，到年代末，经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的 大致情大致情况如下：况如下：介质介质电池反应：电池反应：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+4H+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+O2+2

13、H2O+4e-=4OH-2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-介质介质电池反应：电池反应：2H2+=2H2O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2-4e-+2O2=2H2O O2+4e-=2O2 2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O 讨论讨论:（2012四川）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，四川）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为负极上的反应为CH3CH2OH4e+H2O=CH3COOH+4H。下列。下列有关说法正确的是（有关说法正确的是（）检测时，电解质溶液中的检测时，电解质溶液中的H向负极移动向负极移动若有若有0

14、.4mol电子转移，则在标准状况下消耗电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气氧气电池反应的化学方程式为：电池反应的化学方程式为：CH3CHO+O2=CH3COOH+H2O正极上发生的反应是：正极上发生的反应是：O2+4e+2H2O=4OH（1）负负极发生极发生氧氧化反应，化反应，正正极发生极发生还还原反应原反应 （负氧正还）。负氧正还）。（2）要注意溶液的）要注意溶液的酸碱性酸碱性，适当的在电极方程式两边，适当的在电极方程式两边添加添加H+、OH、H2O，以遵循，以遵循电荷守恒电荷守恒和和质量守恒质量守恒。（3）要注意电极反应）要注意电极反应产物产物是否与是否与电解质溶液电解质溶液发生发生

15、反应反应。原电池电极反应式的书写注意事项原电池电极反应式的书写注意事项练习册练习册 P3031讨论：讨论：(11安徽安徽)研究人员最近发现了一种研究人员最近发现了一种“水水”电池，这种电池能电池，这种电池能利用淡水与利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：可表示为：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，下列，下列“水水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A.正极反应式：正极反应式：AgCle=AgCl B.每生成每生成1 mol Na2Mn5O10转移转移2 m

16、ol电子电子 C.Na不断向不断向“水水”电池的负极移动电池的负极移动 D.AgCl是还原产物是还原产物（3）铝电池性能优越，）铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下电池可用作水下动力电源，动力电源，其原理如右下图所示。该电池反应的化学方程式为：其原理如右下图所示。该电池反应的化学方程式为：。讨论：讨论：（2012江苏）江苏）1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：负极：M-xe=Mx+正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属小结小结2、两个电极均参与反应的原电池（如蓄电池，纽扣电池）、两个电极均参与反应的原电池（如蓄电池，纽扣电池）电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电极材料：金属为负极，金属化合物为正极 电子得失均由两电极本身发生电子得失均由两电极本身发生电极反应需考虑电解质溶液的参与电极反应需考虑电解质溶液的参与 3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）两电极材料均为惰性电极两电极材料均为惰性电极负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得电子负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得电子电极反应考虑电解质溶液电极反应考虑电解质溶液