化学人教版高中必修二（2019年新编）-6-1-4 化学电源（精品课件）.pptx

1、2022-2023必修第二册第六章化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化电池是谁发现的电池是谁发现的电电池池是是谁谁发发现现的的 普通干电池普通干电池手机电池手机电池钮扣电池钮扣电池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池心脏起搏器电池心脏起搏器电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池 学习 目标PART01PART02能正确书写简单化学电源的电极反应式了解干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点化学电源是将化学电源是将化学能化学能变成变成电能电能的装置。原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类：的装置。原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类：一次电池一次电池普通普通锌锰干电池锌锰干电池碱性锌锰电池

2、碱性锌锰电池锌银纽扣锌银纽扣电池电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池氢氧燃料电池等氢氧燃料电池等就是放电后不可再充电的电池就是放电后不可再充电的电池。一次电池一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。也叫做干电池。是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。成电能的化学电池。铅蓄电池铅蓄电池锂离子锂离子电池电池学习学习任务一任务一 在日常生活和学习中，你用过哪些电池在日常生活和学习中，你用过哪些电池？你知道电池的有哪些种类？你知道电池的有哪些种类？电池电池太阳能电池太阳能电池将太阳能转换成电能的装

3、置将太阳能转换成电能的装置原子能电池原子能电池将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器转变为电能的装置转变为电能的装置化学电池化学电池一、一次电池一次电池放电后不可再充电一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池1、普通锌锰电池ZnMnO2 NH4Cl负极：Zn-2e-=Zn2+正极：+2e-+2MnO2=2NH3+Mn2O3+H2O4NH2Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O0 +4 +2 +3优点：制作简单，便于携带，价格便宜；缺点：放电时间短，电压下降快；容易漏液（锌外壳变薄）糊状NH4C

4、l显酸性）电极反应电极反应活性物质活性物质 负极：负极：ZnZn正极：正极：MnOMnO2 2电极材料电极材料负极：负极：ZnZn正极：石墨棒正极：石墨棒离子导体离子导体NHNH4 4ClCl和和ZnClZnCl2 2混合物混合物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 糊糊 改进在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。电池总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 负极：Zn+2OH 2e=Zn(OH)2 正极：2MnO2+2H2O+2

5、e=2MnOOH+2OH 锌粉取代锌筒，锌粉取代锌筒，KOH取代取代NH4Cl，增大接触面积，增大接触面积加快反应速率，减少电池内阻，加快反应速率，减少电池内阻，电流大电压高寿命长电流大电压高寿命长0 +4 +3 +22、碱性锌锰电池pH值增大值增大ZnMnO2 KOH碱性电池碱性电池 金属外壳金属外壳离子型离子型导电隔膜导电隔膜ZnZn粉和粉和KOHKOH混合物混合物铜针铜针MnOMnO2 2和和KOHKOH混合物混合物电极反应电极反应还原剂：还原剂：ZnZn粉粉氧化剂氧化剂：MnOMnO2 2电极材料电极材料负极：铜针负极：铜针正极：金属外壳正极：金属外壳离子导体离子导体KOHKOH、离子

6、型导、离子型导电隔膜电隔膜优点：优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会涨气或电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会涨气或漏液。漏液。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。微型银微型银锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和和Zn，电解质为，电解质为KOH溶液，电池总反应为溶液，电池总反应为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法正确的，下列说法正确的是是A电池工作过程中，电池工作过程中，KOH溶液浓度降低溶液浓度降低B电池工作过程中，电解液中电池工作过程中，电解液中OH

7、-向正极迁移向正极迁移C负极发生反应负极发生反应Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2D正极发生反应正极发生反应Ag2O+2H+2e-=2Ag+H2O总反应未消耗KOH，但是耗水，所以C增大+100+2随堂练习二、二次电池（二、二次电池（充电电池）充电电池）充电电池又称充电电池又称二次二次电池，放电时所进行的电池，放电时所进行的氧化还原反应氧化还原反应，在充电时又，在充电时又逆向逆向进行，使进行，使电池恢复到放电前的状态。电池恢复到放电前的状态。铅酸蓄电池铅酸蓄电池镍氢电池镍氢电池锂离子电池锂离子电池铅酸蓄电池的构造铅酸蓄电池的构造示意图示意图 铅蓄电池优点铅蓄电池优点电压稳定电压稳定使用方便使

8、用方便安全可靠安全可靠价格低廉价格低廉根据根据铅蓄电池放电过程的总反应铅蓄电池放电过程的总反应写出电极反应式。写出电极反应式。资料资料 铅蓄铅蓄电池电池放电时的放电时的总反应为总反应为：Pb+PbOPb+PbO2 2+2H2H2 2SOSO4 4=2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O (PbSOPbSO4 4难溶于难溶于水水)负极负极:Pb(s)+SO42(aq)2e=PbSO4(s)正极正极:PbO2(s)4H(aq)SO42(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)；Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)放电放电 充电充电注：放电：化学

9、能转化为电能；充电：电能转化为化学能0 0 +4+4 +2+21、铅酸蓄电池PbPbO2H2SO4铅酸蓄电池的电极反应物和放电后的产物，均以铅酸蓄电池的电极反应物和放电后的产物，均以固体固体的形式附着在电的形式附着在电极材料表面，极材料表面，充、放电时充、放电时可以可以互相转化互相转化，实现电池的，实现电池的重复使用重复使用。2、镍氢电池负极：正极：MH-e-+OH-=M+H2OMHNiO(OH)KOH溶液NiO(OH)+e-=NiO+OH-总反应：总反应：NiO(OH)+MH NiO+M+H2O放电过程CdNiO(OH)KOHCdNiO(OH)KOH2NiO(OH)+2H2O+Cd 2Ni(

10、OH)2+Cd(OH)2放电放电充电充电请同学们写出电极反应式请同学们写出电极反应式用途：特点：3、镍镉电池011958年年10月月5日，瑞典的一家医院中，医日，瑞典的一家医院中，医生为心脏病病人植入了世界上首例埋藏生为心脏病病人植入了世界上首例埋藏式心脏起搏器，该病人幸运地依赖起搏式心脏起搏器，该病人幸运地依赖起搏器使他的生命延续了器使他的生命延续了42年，终年年，终年83岁，岁，一生共消耗一生共消耗25台心脏起搏器。台心脏起搏器。心脏起搏器的电源应该具备什么特点？心脏起搏器的电源应该具备什么特点？体积小、质量轻、比能量高体积小、质量轻、比能量高金属金属Li 作为电极材料时注意事项作为电极材

11、料时注意事项性质：还原性强，易与水、氧气反应注意事项：使用非水体系电解液，密封保存隔绝空气锂是密度最小的金属，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命锂是密度最小的金属，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。大大延长。锂离子电池工作原理示意图锂离子电池工作原理示意图电池总反应：LixCy+Li1-xCoO2=LiCoO2+Cy负极：LixCy-xe-=xLi+Cy正极：Li1-xCoO2+xLi+xe-=LiCoO2反应物反应物离子导体离子导体负极：负极：Li正极：正极：LiCoO2六氟磷酸锂的碳六氟磷酸锂的碳酸酯溶液酸酯溶液(无水无水)石油焦炭和石墨作负极材料无毒，且资源

12、充足，石油焦炭和石墨作负极材料无毒，且资源充足，锂嵌入碳中（锂嵌入碳中（LiLi看作看作0 0价价），克服了锂的高活性），克服了锂的高活性4、锂离子电池优点：能量密度大，没有记忆效应。循环性能优越、可快速充放电。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。缺点：价格较昂贵。用途：广泛用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备。特斯拉汽车所用特斯拉汽车所用 松下松下1865018650锂离子电池锂离子电池电池中含有大量的电池中含有大量的重金属重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节一号电池烂在地里，能使万平据专家测试，一节一号电池烂在地里，能使万平方米的土壤永

13、久失去利用价值；一粒纽扣电池可使方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。废旧电池的回收利用废旧电池的回收利用学习学习任务二任务二 发展中的燃料电池发展中的燃料电池 利用原电池的工作原理，利用原电池的工作原理，燃料燃料和和氧化剂氧化剂分别放在两个分别放在两个电极上发生氧化还原反应，将电极上发生氧化还原反应，将化学能化学能直接转化为电能。直接转化为电能。反应物反应物不不储存在电池内部，由外设设备提供储存在电池内部，由外设设备提供燃料燃料和和氧氧化剂化剂。高效高效(能能量转化率可以达到量转化率可以达到80

14、%以上以上),环境友好环境友好。优点3.与其他电池的区别2.原理1.燃料电池燃料电池H2SO4(aq)H2O21、氢氧燃料电池NaOH(aq)H2O2O2H2多孔电极多孔电极a多孔电极多孔电极b熔融电解质熔融电解质2e2(CO2)CO2H2OCO3总总:2H2O22H2OMCFC型燃料电池（可同时供应电和水蒸气）型燃料电池（可同时供应电和水蒸气）其工作温度为其工作温度为600700燃料为燃料为H2，负极负极正极正极+:O+:O2 2+4e+4e-+2CO+2CO2 2=2CO=2CO3 32-2-:2H-:2H2 2-4e-4e-+2CO+2CO3 32-2-=2CO=2CO2 2+2H+2H

15、2 2O OO2H2多孔电极多孔电极a多孔电极多孔电极b固体电解质固体电解质2eH2OO2以以氧化锆氧化锆氧化钇为电解质氧化钇为电解质这这种固体电解质在高温下允许氧离子种固体电解质在高温下允许氧离子(O2)在其间通过在其间通过+:O+:O2 2+4e+4e-=2O=2O2-2-:2H-:2H2 2-4e-4e-+2O+2O2-2-=2H=2H2 2O O总：总：2H2+O2=2H2O负极负极正极正极燃料电池工作原理燃料电池工作原理介质介质电池反应：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2H2H2 2-4e-4e-=4H=4H+O

16、 O2 2+4H+4H+4e+4e-=4H=4H2 2O O2H2H2 2-4e-4e-=4H=4H+O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-2H2H2 2+4OH+4OH-4e-4e-=4H=4H2 2O O O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-注意：注意：O2在水溶液中不存在，在酸性环境中结合在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H，生成，生成H2O，在在中性或碱性环境结合中性或碱性环境结合H2O，生成，生成OH；固体燃料电池固体燃料电池介质介质电池反应：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 O O2 2+4e+4e-+2CO+2CO2 2=2CO=2CO3 32-2-O O2 2+4e+4e-=2O=2O2-2-1.