人教版高中化学选修四-4-2-化学电源(课件).ppt

1、 形形色色的电池形形色色的电池 A A CuZn 稀H2SO4KOH溶液溶液 CH4 O2 2 H2Oa极极 b极极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第2节 化学电源第四章第四章 电化学基础电化学基础学习目标学习目标1知道化学电源的分类方法。知道化学电源的分类方法。2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理。3.知道化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的知道化

2、学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。危害，设想其处理方法。学习重点学习重点常见化学电源的组成和工作原理常见化学电源的组成和工作原理学习难点学习难点常见化学电源的组成和工作原理常见化学电源的组成和工作原理化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池正极：正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2 总反应：总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+

3、2Ag电池比能量大、电压稳定，储存时间长，电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流和连续放电适宜小电流和连续放电电解液：电解液：KOH二、一次电池 银锌原电池是用不锈钢制成的银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨组成的盒内一端填充氧化银和石墨组成的活性材料，另一端填充锌汞合金组活性材料，另一端填充锌汞合金组成的活性材料。成的活性材料。1、银锌电池普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池 锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌-锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等2、普通干电池负极正

4、极422),(Zn NH ClZnCl MnO C电池反应：电池反应：（Zn）：Zn 2e-=Zn2+（MnO2和C）：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。3、碱性锌-锰干电池电解质：KOH负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-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电池反应：电池反应：Zn+2

5、MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2三、二次电池1、铅蓄电池是由两组平行排列的栅状铅合金极板作为主架，正极板是由两组平行排列的栅状铅合金极板作为主架，正极板上覆盖上覆盖PbO2,负极板上覆盖负极板上覆盖Pb放电过程总反应：放电过程总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极：正极：PbO2+4H+SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程（是原电池反应，化学能转化为电能）放电过程（是原电池反应，化学能转化为电能）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

6、反应的逆过程逆过程人们常根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电人们常根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电充电过程（是电解池反应，电能转化为化学能）充电过程（是电解池反应，电能转化为化学能）PbSO4 +2e-=Pb+SO42-还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42-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+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电人们常根据硫

7、酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电人们常根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电缺点：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、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池离子蓄电池四、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）酸性电解质：碱性电解质负极:2H2-4e-+4OH-=4H2O正极:O2+2H

8、2O+4e-=4OH-总反应:2H2+O2=2H2O负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4H+4e-=2H2O总反应：2H2+O2=2H2O1.1.，此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式:。KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O学以致用书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：2 2负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得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（如还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，在形

9、式存在，在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；1 1将两极反应的电子得失数配平后，相加得到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总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；应；3 3溶液溶液中不存在中不存在O2：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H结结合成合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH；2.据媒体报道：以氢氧燃料电池为动力的公交车即将在北京试运行。质子交换膜燃料电池（PEMFC）常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢为燃料，空气为氧化剂，铂做催化剂，导电离子是H+。下列对该燃料电池的描述

10、中正确的是()正极反应为：O2+4H+4e=2H2O 负极反应为：2H24e=4H+总的化学反应为：2H2+O2=2H2O 氢离子通过电解质向正极移动（A）（B）（C）（D）D学以致用3.一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇气体；电解质是掺杂氧化钇 Y2O3 的氧化锆的氧化锆 ZrO2 晶体，晶体，在熔融状态下能传导在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确。下列对该燃料电池说法正确的是的是 A 在熔融电解质中，在熔融电解质中，O2 由负极移向正极由负极移向正极B 电池的总反应是：电池的总反应是：2C4H10

11、13O2 8CO210H2O C 通入空气的一极是正极，电极反应为：通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e 2O2 D 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：通入丁烷的一极是正极，电极反应为：2C4H1026e 13O2 4CO25H2OBC学以致用练习练习4熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用到重视，可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物作电的熔融盐混合物作电解质，解质，CO为阳极燃气，空气与为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴的混合气体为阴极助燃气，制得在极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有下工作的燃料电池，完成有关的

12、电池反应式：关的电池反应式：阳极反应式：阳极反应式：2CO+2CO32-4CO2+4e-阴极反应式：阴极反应式：_ 总电池反应式：总电池反应式：_2CO+O22CO2O2+2CO2+4e-2CO32-熔融盐燃料电池（06重庆-27）铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：24请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：（1）放电时：正极的电极反应式是）放电时：正极的电极反应式是 ；电解液中电解液中H2SO4的浓度将变的浓度将变 ；当外电路通过；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加电子时，理论上负极板的质量增加

13、 g。（2）在完全放电耗尽）在完全放电耗尽PbO2和和Pb时，若按右图连时，若按右图连接，电解一段时间后，则在接，电解一段时间后，则在A电极上生成电极上生成 、B电极上生成电极上生成 ，此时铅蓄电池的正负极的极性将，此时铅蓄电池的正负极的极性将 。Pb+PbO2+4H+2SO42-2PbSO4+2H2O PbO22e4HSO42PbSO42H2O 对换对换化学电源化学电源1、一次电池、一次电池2、二次电池、二次电池3、燃料电池、燃料电池锌锰干电池锌锰干电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池掌握每一类典型掌握每一类典型电池的正负极、电池的正负极、电极反应；电极反应；了解了解每一类电池的优每

14、一类电池的优缺点；对其它电缺点；对其它电池有初步的认识池有初步的认识归纳总结减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源 2.2.判断金属的活动性判断金属的活动性原电池的负极为较活泼的金属，发生氧化反应。原电池的负极为较活泼的金属，发生氧化反应。把把A、B、C、D四块金属泡在稀四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若若A、B相连时，相连时，A为负极；为负极；C、D相连，相连，D上上有气泡逸出；有气泡逸出；A、C相连时相连时A极减轻；极减轻；B、D相相连，连，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小排

15、列为到小排列为。ACDB二、原电池原理的应用二、原电池原理的应用 3.3.改变化学反应速率改变化学反应速率（1）加快反应速率实验室制取氢气，用锌与稀硫酸反应。锌用纯锌好，还是用粗锌好（杂质为碳）？为什么？如果只有纯锌、稀硫酸和硫酸铜，怎么办？马口铁和白铁一旦有划痕后，在潮湿的空气中，谁被腐蚀的速度快？（2）减缓反应速率-金属的电化防腐 4.钢铁的电化腐蚀 负 极：2Fe-4e-=2Fe2+交流与讨论:钢铁的电化学腐蚀FeCFe2+eO2 OH电解质溶液电解质溶液钢铁钢铁正 极：2H2O+O2+4e-=4OH-总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的

16、析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈）（铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件水膜呈酸性。水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱。水膜呈中性或酸性很弱。CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3-电极反应电极反应负极负极Fe(-)Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正极正极C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-总反应总反应:Fe+2H+=Fe2+H22Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系联系归纳总结题目解析题目解析C 负极负极

17、(即即Zn极极)在反应时消耗在反应时消耗OH则负极区溶液的则负极区溶液的pH应减小应减小发生原电池反应时，电子由负极发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从经外电路流向正极，即电子从Zn极经外电路流向极经外电路流向Ag2O极极在原电池中，负极发生氧化反应，在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应正极发生还原反应 当堂检测燃料电池中，燃料为负极，氧气为正极燃料电池中，燃料为负极，氧气为正极 由于由于KOH参与电极反应，参与电极反应，所以所以KOH的物质的量浓度减小的物质的量浓度减小电解质溶液中，电解质溶液中，CO 几乎不移动几乎不移动B 23当堂检测题目解析题目解析B 当堂检

18、测题目解析题目解析正极：正极：2O24H2O8e=8OHH2O2负极负极:2H24OH4e=4H2O正极正极:O22H2O4e=4OH负极：负极：2H24e=4H正极：正极：O24H4e=2H2O大大小小负极：负极：CH410OH8e=7H2O根据总反应式可知根据总反应式可知H2在反应中被氧在反应中被氧化，化，O2被还原，又因为是碱性溶液被还原，又因为是碱性溶液不可能有不可能有H参加或生成，故负极反参加或生成，故负极反应为应为2H24OH4e=4H2O,正极正极反应为反应为O22H2O4e=4OH。若将电解液换成酸性溶液，此时应考若将电解液换成酸性溶液，此时应考虑不可能有虑不可能有OH参加反应，也不可能参加反应，也不可能有有OH生成生成,负极：负极：2H24e=4H，正极：正极：O24H4e=2H2O。由于由于(1)是在碱性条件下反应，是在碱性条件下反应，KOH量量不变，但工作时不变，但工作时H2O增多，故溶液变增多，故溶液变稀，稀，pH将变小；而将变小；而(2)中为酸溶液，中为酸溶液，H2SO4不变，水增多，溶液酸性变小，不变，水增多，溶液酸性变小，故故pH将变大。将变大。23CO当堂检测