高中化学 4.2《化学电源》课件1 新人教版选修4.ppt

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 形形色色的电池形形色色的电池 A A Cu Zn 稀稀H H2 2SOSO4 4 KOH溶液溶液 CH4 O2 2 H2O a极极 b极极 用途广泛的电池用途广泛的电池 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 用于“神六”的太阳能电用于“神六”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 池 各 式 各 样 的 纽 扣 电 池 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

2、用过哪些电池，你 知道电池的其它应用吗？知道电池的其它应用吗？ 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生的热能通过热能转换器转变 为电能的装置为电能的装置 1 1、概念、概念: : 将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置 2 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干电池干电池 二次电池又称充电电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、氢氧燃料电池氢氧燃料电池 化学电池化学电池 银银锌锌钮扣电池钮扣电池 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 +2Ag 一次电池一次电池 一次电池一次电池 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 普通干电池普通干电池 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。 碱性锌

4、碱性锌-锰干电池锰干电池 电解质：电解质： KOH 负极：负极： ZnZn Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极：正极： MnOMnO2 2 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，适用于大电流和连比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连 续放电续放电 电池反应：电池反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 碱性电池碱性电池 一次电池一次电池 二次电池二次电池 铅蓄电池铅蓄电池 放电过程总反应：放电过程总反应：

5、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 铅蓄电池铅蓄电池 负极负极 正极正极 充电过程充电过程 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

6、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 缺点：缺点： 比能量低、废弃电池污染环境比能量低、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、银锌电池、锂电池、锂镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池、锂 离子电池离子电池 铅蓄电池铅蓄电池 燃料电池燃料电池 燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的燃

7、料电池是利用燃料和氧化剂之间的 氧化还原反应，将化学能直接转换成氧化还原反应，将化学能直接转换成 电能的化学电源。（氢气、甲烷、肼、电能的化学电源。（氢气、甲烷、肼、 甲醇、氨等燃料电池甲醇、氨等燃料电池） 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 碱性电解质（碱性电解质（KOH） 负极负极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极正极: O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应总反应: 2H2+O2=2H2O 若把氢氧化钾换成若把氢氧化钾换成硫酸硫酸,电极反应式又该如何呢？电极反应式又该如何呢？ 酸性电解质酸性电解质： 负极：负极： 2H2-4e-=4H+ 正极：正极： O2+4H+4e-=2H2O 总反

8、应：总反应：2H2+O2=2H2O 若将上述电池的电解液换成质子交换膜电解液换成质子交换膜， 所形成的电池就是质子交换膜电池，质子 交换膜能允许氢离子通过，请写出质子交 换膜电池的电极反应式和总反应式。 负极负极： 2H2-4e-=4H+ 正极正极： O2+4H+4e-=2H2O 总反应总反应：2H2+O2=2H2O 氧化剂与还原剂在工作时不断补充；氧化剂与还原剂在工作时不断补充； 反应产物不断排出；反应产物不断排出； 能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)，普通的只有，普通的只有30%， 有利于节约能源。有利于节约能源。 缺点：缺点：体积较大、附属设备较多体积较大、附属设备较多 优点：优

9、点：能量转换率高、清洁、对环境好能量转换率高、清洁、对环境好 其它燃料电池：其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电 池池 燃料电池的规律燃料电池的规律 燃料电池与前几种电池的差别：燃料电池与前几种电池的差别： 燃料做负极，助燃剂氧气为正极燃料做负极，助燃剂氧气为正极 电极材料一般不参加化学反应，只起传导电电极材料一般不参加化学反应，只起传导电 子的作用。子的作用。 若将上述碱性电池中的燃料换成甲烷甲烷，请写 出电极反应式和总反应式。 总反应式总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 正极正极：2O2+8e-+4H2O=8OH- 负极负极：CH4-

10、8e-+10OH-=CO32-+7H2O 若将上述碱性电池中的燃料换成甲醇甲醇，请写 出电极反应式和总反应式。 总反应总反应：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O 正极正极：3O2+12e-+6H2O=12OH- 负极负极：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O 怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？ 书写步骤：书写步骤： 1、写出燃烧反应；、写出燃烧反应； 2、根据电解液改写燃料电池总反应；、根据电解液改写燃料电池总反应； 3、写出正极的电极反应式、写出正极的电极反应式(一般较简单一般较简单); 正极反应一般为

11、：正极反应一般为： 酸性介质酸性介质 O2+4H+4e =2H2O 碱性介质碱性介质 O2+2H2O+4e =4OH 4、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式 得负极的电极反应式。得负极的电极反应式。 其它常见化学电源的电极反应式也可据此写出其它常见化学电源的电极反应式也可据此写出 熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池是一种高温燃料电池。其 工作原理是在负极通入燃料，在正极通入 氧气，使用高温熔融盐作为电解质。某燃 料电池使用碳酸钾作为熔融盐电解质，在 一极通入一氧化碳，在另一极通入二氧化 碳和氧气的混合气，已知该电池的一个电 极反应式为：COCO322e2CO2

12、,请根 据原电池的工作原理，写出另一电极反应 的电极反应式和总反应方程式。 固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池是一种采用固体氧化 物作为电解质的燃料电池。该电池中的固 体氧化物电解质是一种特殊的固体电解质， 能够允许氧离子通过。其工作原理是在负 极通入燃料，在正极通入氧气，而氧气所 形成的氧离子能够通过氧化物电解质。某 燃料电池使用固体氧化物作为电解质，在 一极通入一氧化碳，在另一极通入氧气， 请根据原电池的工作原理，写出电极反应 式和总反应方程式。 小结： 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

13、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 冲击高考题冲击高考题: 1、（江苏高考江苏高考）碱性电池具有容量大碱性电池具有容量大、 放电电流大的特点放电电流大的特点，因而得到广泛应用因而得到广泛应用。锌锌-锰碱性锰碱性 电池以氢氧化钾溶液为电解液电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：电流总反应式为： Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列说法错误的是下列说法错误的是 （ ） A

14、电池工作时电池工作时，锌失去电子锌失去电子 B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为： 2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电子由正极通过外电路流向负极 D 外电路中每通过外电路中每通过0 2 mol电子，锌的质量理论上减电子，锌的质量理论上减 少少6 5 g C C 2:2:氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便， 却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某 些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图些碳氢化合物，如：甲

15、烷、汽油等。请写出将图 中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a a极极 的电极反应式：的电极反应式： ， 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 CH4 O2 H2O a b CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 3、如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙、如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙 述不正确的是述不正确的是( ) Aa电极是负极电极是负极 Bb电极的电极反应为：电极的电极反应为：4OH 4e =2H2OO2 C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的氢氧燃料电池是一种具有应用前景的 绿色电源绿色电源 D氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂 和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 C