2012高中化學(xué) 第4章 第2節(jié) 化學(xué)電源課件 新人教版選修4

1、第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源【自學(xué)思考【自學(xué)思考】什么是化學(xué)電池？什么是化學(xué)電池？目前化學(xué)電池主要分為哪幾個(gè)大類？目前化學(xué)電池主要分為哪幾個(gè)大類？ 在性能等方面它們各有什么特點(diǎn)？在性能等方面它們各有什么特點(diǎn)？化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)1：化學(xué)電池：化學(xué)電池1)概念概念:將化學(xué)能變成電能的裝置將化學(xué)能變成電能的裝置2)分類分類:一次電池又稱不可充電電池一次電池又稱不可充電電池如：干電池如：干電池二次電池又稱充電電池二次電池又稱充電電池蓄電池蓄電池燃

2、料電池燃料電池3)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠?？梢灾瞥筛鞣N形狀和大小、不同容量和電壓的電池可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池 和電池組，使用方便。和電池組，使用方便。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。比能量比能量 符號(hào)符號(hào)(Wh/kg)，(Wh/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少比功率比功率符號(hào)是符號(hào)是W/kg，W/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短電池

3、的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短鋰電池鋰電池干電池干電池疊層電池疊層電池紐扣電池紐扣電池各各類類電電池池知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2：各類電池：各類電池空氣電池空氣電池小型高性能燃料電池小型高性能燃料電池 (-) ZnNH4Cl+ZnCl2MnO2,C (+) 負(fù)極(Zn)：Zn2e- =Zn2+ 正極(MnO2和C)： 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH- 電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)： Zn+2MnO2+2NH4Cl=2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2普通鋅錳電池普通鋅錳電池鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)普通鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等1、普通鋅錳電池、普

4、通鋅錳電池堿性鋅錳電池構(gòu)造示意圖堿性鋅錳電池構(gòu)造示意圖堿性電池堿性電池 負(fù)極負(fù)極(Zn)：Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2正極正極(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-電池總反應(yīng)電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)22 2、堿性鋅錳電池：、堿性鋅錳電池：(-) ZnKOHMnO2 (+)優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析：優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析：只能使用一次，不能充電；價(jià)格較貴；比只能使用一次，不能充電；價(jià)格較貴；比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電。能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電。(-) ZnKOHAg2O (+)負(fù)極負(fù)極

5、(Zn)：Zn +2OH- -2e- =ZnO+H2O正極正極(Ag2O)：Ag2O + H2O+ 2e- = 2Ag+2OH-電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag4、鋰電池 鋰電池是新一代高能電池，目前已研究成功多鋰電池是新一代高能電池，目前已研究成功多種鋰電池，其中用廉價(jià)的種鋰電池，其中用廉價(jià)的r-MnO2作正極活性材料，作正極活性材料，電解液是電解液是LiClO4溶于碳酸丙烯（簡(jiǎn)稱溶于碳酸丙烯（簡(jiǎn)稱PC）和二甲基）和二甲基氧乙烷（簡(jiǎn)稱氧乙烷（簡(jiǎn)稱DMF）的混合溶劑中，濃度為）的混合溶劑中，濃度為1mol/L，其濃度比是其濃度比是PC：DME=1:1，電池反應(yīng)

6、為：，電池反應(yīng)為：負(fù)極的反應(yīng)：負(fù)極的反應(yīng)：Li - eLi - e- - = Li = Li + +正極的反應(yīng)：正極的反應(yīng)：Li Li + + + MnO+ MnO2 2 + e+ e- - = LiMnO= LiMnO2 2 電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：Li + MnOLi + MnO2 2 = LiMnO= LiMnO2 2(-) PbH2SO4PbO2 (+)負(fù)極：負(fù)極：氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正極：正極：還原反應(yīng)還原反應(yīng) PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4 (s) +2H2O(l)總反應(yīng)：總反應(yīng)： Pb

7、(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)放電過(guò)程放電過(guò)程充電過(guò)程充電過(guò)程陰極陰極(接電源負(fù)極接電源負(fù)極)：還原反應(yīng)還原反應(yīng) PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)陽(yáng)極陽(yáng)極(接電源正極接電源正極)：氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)充電過(guò)程總反應(yīng)：充電過(guò)程總反應(yīng)： 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過(guò)程：鉛蓄電池的充放電過(guò)程：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO

8、4(aq)充電充電放電放電鉛蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析：鉛蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析：2、其它二次電池：其它二次電池：鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池子電池、聚合物鋰離子蓄電池負(fù)極負(fù)極(Pt)：2H2-4e-=4H+正極正極(Pt)：O2+4H+4e-=2H2O電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O (-) PtH2H+O2Pt (+)(-) PtH2OH-O2Pt (+)負(fù)極負(fù)極(Pt)：2H2- 4e- + 4OH- = 4H2O正極正極(Pt)：O2+ 2H2O + 4e- = 4OH-電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O氧化劑與還原劑在工作時(shí)

9、不斷補(bǔ)充；氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出；能量轉(zhuǎn)化率高能量轉(zhuǎn)化率高(超過(guò)超過(guò)80%)，普通的只有，普通的只有30%，有利，有利于節(jié)約能源。于節(jié)約能源。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：附屬設(shè)備較多、體積較大、附屬設(shè)備較多、體積較大、 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換率高、運(yùn)行噪音低，清潔。能量轉(zhuǎn)換率高、運(yùn)行噪音低，清潔。 2、燃料電池的規(guī)律、燃料電池的規(guī)律3、燃料電池與前幾種電池的差別：、燃料電池與前幾種電池的差別：燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。4、其它燃料電池：、其它

10、燃料電池：烴、肼、甲醇、氨、煤氣燃料烴、肼、甲醇、氨、煤氣燃料電池電池廢棄電池的回收利用刻不容緩廢棄電池的回收利用刻不容緩書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：課堂總結(jié)1 1、僅有一個(gè)電極材料參與反應(yīng)的原電池：、僅有一個(gè)電極材料參與反應(yīng)的原電池：負(fù)極：負(fù)極：M-xe=MM-xe=Mx x+ +正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2 2、兩個(gè)電極均參與反應(yīng)的原電池、兩個(gè)電極均參與反應(yīng)的原電池 （如蓄電池，紐扣電池）（如蓄電池，紐扣電池）電極材料：金屬為負(fù)極，金屬化合物為正極電極材料：金屬為負(fù)極，金屬化合物為正極電子得失均由兩電極本身發(fā)生電子得失均

11、由兩電極本身發(fā)生電極反應(yīng)需考慮電解質(zhì)溶液的參與電極反應(yīng)需考慮電解質(zhì)溶液的參與 3 3、電極材料本身均不參與反應(yīng)的電池（燃料電池）、電極材料本身均不參與反應(yīng)的電池（燃料電池）兩電極材料均為惰性電極兩電極材料均為惰性電極負(fù)極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得負(fù)極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得 電子電子電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液練習(xí)練習(xí)1、堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅因而得到廣泛應(yīng)用。鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，總反應(yīng)式為：液為電解液，總反應(yīng)式為： Zn s 2MnO2 s 2H

12、2O l Zn OH 2 s 2MnOOH s 下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ）A 電池工作時(shí)，鋅失去電子電池工作時(shí)，鋅失去電子B 電池正極電極反應(yīng)式為：電池正極電極反應(yīng)式為： 2MnO2 s H2O l 2e 2MnOOH s 2OH aq C 電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極D 外電路中每通過(guò)外電路中每通過(guò)02mol電子，鋅的質(zhì)量理論上電子，鋅的質(zhì)量理論上減小減小65gC練習(xí)練習(xí)2、氫氣是燃料電池最簡(jiǎn)單的燃料，雖然使氫氣是燃料電池最簡(jiǎn)單的燃料，雖然使用方便，卻受到價(jià)格和來(lái)源的限制。常用的燃用方便，卻受到價(jià)格和來(lái)源的限制。常用的燃料往往

13、是某些碳?xì)浠衔?，如：甲烷、汽油等。料往往是某些碳?xì)浠衔铮纾杭淄?、汽油等。?qǐng)寫(xiě)出將圖中氫氣換成甲烷時(shí)所構(gòu)成的甲烷燃請(qǐng)寫(xiě)出將圖中氫氣換成甲烷時(shí)所構(gòu)成的甲烷燃料電池中料電池中a極的電極反應(yīng)式：極的電極反應(yīng)式：_此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)式此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)式 ：_KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10 OH-8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2Ob極：極：2O2+ 4H2O + 8e- =8OH-2 2、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用因而受到重視，可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2C

14、OCO3 3的熔的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，融鹽混合物作電解質(zhì)，COCO為陽(yáng)極燃?xì)?，空為?yáng)極燃?xì)?，空氣與氣與COCO2 2的混合氣為陰極燃?xì)?，制得在的混合氣為陰極燃?xì)?，制得?565下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO=4CO2 2+4e+4e正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO23.3.鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)i + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列說(shuō)法正確的是（下列說(shuō)