人教版化學(xué)選修四-化學(xué)電源課件

1、第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié) 化學(xué)電源第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié) 化學(xué)電源在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其他應(yīng)用嗎？ 電池化學(xué)電池太陽能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電能的裝置思考：在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其他應(yīng)用嗎？用途廣泛的電池用于汽車的鉛蓄電池和燃料電池化學(xué)電池用途廣泛的電池用于汽車的鉛蓄電池和燃料電池化學(xué)電池用途廣泛的電池用于“神六”的太陽能電池筆記本電腦專用電池手機專用電池攝像機專用電池各式各樣的紐扣電池用途廣泛的電池用于“神六”的太陽能電池筆記本電腦專用電池手機

2、普通鋅錳電池堿性電池 鎳鎘電池小型高性能燃料電池 鋰離子電池 鎳氫電池 普通鋅錳電池堿性電池 鎳小型高性能燃料電池 鋰離子電池 鎳氫電池發(fā)明的小故事1791年他在解剖時在實驗室將懸有去了皮的青蛙腿的銅鉤掛在鐵架臺上，發(fā)現(xiàn)蛙腿會有肌肉抽搐的現(xiàn)象。伽伏尼認為動物的組織會產(chǎn)生電流，而金屬是傳遞電流的導(dǎo)體。 他從獨特的角度認為電流是由兩種不同的金屬產(chǎn)生的，經(jīng)過一系列的實驗，終于在1800年成功研制了世界上第一個能產(chǎn)生穩(wěn)定電流的電池（見下圖）。 （意大利生物學(xué)家伽伏尼）（法國物理學(xué)家、化學(xué)家伏特）電池發(fā)明的小故事1791年他在解剖時在實驗室將懸有去了皮的青化學(xué)電池的組成組 成負 極正 極電解質(zhì)電子流向反

3、應(yīng)類型 電極材料電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)能導(dǎo)電的物質(zhì)還原性較強的物質(zhì)（大多是金屬電極本身）氧化性較強的物質(zhì)酸、堿、鹽溶液或熔融液流出電子流入電子氧化反應(yīng)還原反應(yīng)化學(xué)電池的組成組 成負 極正 極電解質(zhì)電子流向反應(yīng)化學(xué)電池的分類一次電池：活性物質(zhì)消耗到一定程度，就不能使用，其電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動，也叫干電池，如鋅錳電池；二次電池：放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，又叫充電電池或蓄電池，如鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋅銀電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池；燃料電池：一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池，如氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧氣組成燃料電池?；瘜W(xué)電池的分類一次電池：活

4、性物質(zhì)消耗到一定程度，就不能使用，能量轉(zhuǎn)化率較高；供能穩(wěn)定可靠；可以制成各種形狀和大小、不同容量的電池及電池組；使用方便，易于維護，并可在各種環(huán)境下工作。電池的優(yōu)點能量轉(zhuǎn)化率較高；電池的優(yōu)點衡量電池優(yōu)劣的指標比能量：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少。單位：(Wh)/kg,(Wh)/L比功率：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小。單位：W/kg,W/L儲存時間：電池的可儲存時間的長短衡量電池優(yōu)劣的指標比能量：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能一、一次電池 1、鋅錳電池放電之后不能充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)不可逆) 堿性鋅錳電池普通鋅錳電池一、一次電池 1、鋅錳電池放電之后不能充電(內(nèi)部

5、的氧化還原反（1）普通鋅錳電池：活性物質(zhì)為NH4Cl和淀粉糊，做電解質(zhì)，還填有MnO2和炭黑。電極反應(yīng)式：負 極：Zn-2e-=Zn2+正 極：2NH4+2e-+2MnO2=Mn2O3+2NH3+H2O總反應(yīng)：Zn + 2NH4+2MnO2=Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O鋅錳電池工作原理普通鋅錳電池優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。缺點：放電時間短，電壓下降快。（1）普通鋅錳電池：活性物質(zhì)為NH4Cl和淀粉糊，做電解質(zhì)，（2）堿性鋅錳電池：活性物質(zhì)為KOH和淀粉糊，做電解質(zhì)，還填有MnO2和炭黑。電極反應(yīng)式：負 極：Zn-2e-+2OH- =Zn(OH)2正 極：2MnO2+2e-+2H2O=2

6、MnOOH+2OH-總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2氫氧化氧錳缺點：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴。優(yōu)點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流 和連續(xù)放電。（2）堿性鋅錳電池：活性物質(zhì)為KOH和淀粉糊，做電解質(zhì)，還填2、銀鋅電池總反應(yīng)式:Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2電極反應(yīng)式: 負極: Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2 正極: Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH- 電解液: KOH溶液優(yōu)點：電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時間長。適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式微型電池，廣泛用于電子手表、照相機、計算器和其他微型電子儀器。2、銀鋅

7、電池總反應(yīng)式:Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(3、鋰電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負極: ；正極: 。用途：質(zhì)輕、高能(比能量高)、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、寬工作溫度、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S鋰電池3、鋰電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SO 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負極相比較，使用 壽命大大延長。鋰電池的比能量高電壓高，工作溫度寬。由于鋰電池性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于軍事和空間領(lǐng)域，民用領(lǐng)域

8、以微小功率為主，例如用作電腦、手表、照相機、心臟起搏器等的電源鋰電池的特點及用途 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他人教版化學(xué)選修四-化學(xué)電源課件人教版化學(xué)選修四-化學(xué)電源課件鉛蓄電池 化學(xué)能電能 放電 充電 二、二次電池 鉛蓄電池 化學(xué)能電能 放電 充電 二、二次電池 放電過程總反應(yīng)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42-(aq)-2e- =PbSO4(s)正極：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e- =PbSO4(s)+2H2O(l) 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)負極：放電過程鉛蓄電池

9、充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程鉛蓄電池工作原理放電過程總反應(yīng)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq充電過程PbSO4 (s) +2e-=Pb(s) + SO42-(aq) 還原反應(yīng)陰極陽極PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq) 氧化反應(yīng)接電源負極接電源正極充電過程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過程：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)放電充電充電過程PbSO4 (s) +2e-=Pb(s) + 人教版化學(xué)選修

10、四-化學(xué)電源課件優(yōu)缺點簡析缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉其他二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池優(yōu)缺點簡析缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：可重復(fù)鎘鎳電池與氫鎳電池： Cd+ 2NiO(OH) +2 H2O 2Ni (OH)2 + Cd(OH)2 放電充電 2H2+ 2NiO(OH) 2Ni(OH)2放電充電鎘鎳電池總反應(yīng)：氫鎳電池總反應(yīng)：課后思考：根據(jù)上面所給的總方程式，你能寫出各極發(fā)生的反應(yīng)方程式嗎？鎘鎳電池與氫鎳電池： Cd+ 2NiO(OH) +2 H2O小型高性能燃料電池 三、燃料電池燃料

11、電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。 酸性電解質(zhì)： 堿性電解質(zhì) 負極: 2H2-4e-+4OH- = 4H2O 正極: O2+2H2O+4e- = 4OH- 總反應(yīng): 2H2+O2 = 2H2O負極：2H2-4e- = 4H+正極：O2+4H+4e- = 2H2O總反應(yīng)：2H2+O2 = 2H2O（1）氫氧燃料電池：小型高性能燃料電池 三、燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和中性電解質(zhì)：負極：2H2-4e- = 4H+正極: O2+2H2O+4e- = 4OH-總反應(yīng)：2H2+O2 = 2H2O中性電解質(zhì)：負極：2H2-4e- = 4H+正極: 介質(zhì)電池總反應(yīng)： 2

12、H2 + = 2H2O 酸性負極正極中性負極 正極堿性負極正極2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-氫氧燃料電池介質(zhì)電池總反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 酸性負極正極燃料電池的規(guī)律燃料做負極，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。能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源。燃料電池與前幾種電池的差別氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出;總反應(yīng)相當于

13、燃料在助燃劑中燃燒，但應(yīng)注意電解質(zhì)溶液的影響而的最終產(chǎn)物的存在形式燃料電池的規(guī)律燃料做負極，助燃劑氧氣為正極電極材料一般不 KOH溶液：負極：CH410OH8e=CO327H2O正極：2O24H2O8e=8OH總反應(yīng)式：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O H2SO4溶液：負極：CH42H2O8e=CO28H+正極：2O28H8e=4H2O總反應(yīng)式：CH4+2O2=CO2+2H2O（2）甲烷燃料電池用導(dǎo)線連接的兩個鉑電極插入電解質(zhì)溶液中，然后向兩極分別通入CH4和O2，該電池的反應(yīng)式： KOH溶液： H2SO4溶液：（2）甲烷燃料電池(3)乙醇燃料電池用導(dǎo)線連接的兩個鉑電極插入電解質(zhì)

14、溶液，分別向兩極通入乙醇和氧氣。酸作電解質(zhì) 負極:C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+正極:3O2+12H+12e-=6H2O 總反應(yīng)式：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O KOH作電解質(zhì) 負極：C2H5OH+16OH-12e-=2CO32-+11H2O 正極：3O2+12e-+6H2O=12OH-總反應(yīng)式：C2H5OH+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O (3)乙醇燃料電池(4)丁烷燃料電池一個電極通入丁烷，一個電極通入氧氣，用摻雜了Y2O3(三氧化二釔)的ZrO2(二氧化鋯)晶體作電解質(zhì)，晶體高溫時能傳導(dǎo)O2-。 負極：2C4H10-52e-+26O2-=8CO

15、2+10H2O 正極：13O2+52e-=26O2- 總反應(yīng)式：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O(4)丁烷燃料電池(5)熔融鹽燃料電池一極通入CO，一極通入空氣和CO2混合氣體，以Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽作電解質(zhì)。負 極:2CO+2CO32-4e-=4CO2 正 極：O2+2CO2+4e-=2CO32-總反應(yīng)式:2CO+O2=2CO2 【特別提醒】(1)通常燃料電池的負極是可燃性物質(zhì)失去電子，正極是氧氣得電子，電極材料是惰性電極，電極本身不參與放電。(2)書寫燃料電池電極反應(yīng)時要特別注意電解質(zhì)溶液的離子參與電極反應(yīng)，要寫入電極反應(yīng)式中。(5)熔融鹽燃料電池【特別提醒】(1

16、)通常燃料電池的負極是可二、化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫1.根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式(1)確定原電池的正負極及放電的物質(zhì)。首先根據(jù)題目給定的圖示裝置特點，結(jié)合原電池正負極的判斷方法，確定原電池的正負極及放電的物質(zhì)。二、化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫(2)書寫電極反應(yīng)式。負極反應(yīng)：規(guī)律：活潑金屬或H2(或其他還原劑)失去電子生成金屬陽離子或H+(或其他氧化產(chǎn)物)。特例：若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生成的金屬陽離子或H+能反應(yīng)，則該陰離子應(yīng)寫入電極反應(yīng)式，如鉛蓄電池的負極反應(yīng)是PbSO422e=PbSO4。(2)書寫電極反應(yīng)式。正極反應(yīng)：規(guī)律：陽離子得電子生成單質(zhì)（或氧氣得電子）。特例：若是氧氣得電子，要考慮電解

17、質(zhì)溶液的情況。中性或堿性：O22H2O4e=4OH酸性：O24H4e=2H2O。(3)寫出電池總反應(yīng)方程式。結(jié)合電子守恒將正負極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。正極反應(yīng)：(3)寫出電池總反應(yīng)方程式。2.給出電池總反應(yīng)式，寫電極反應(yīng)式(1)一般書寫步驟為：列物質(zhì)，標得失。選離子，配電荷。配個數(shù)，巧用水。兩式加，驗總式。(2)如以2H2O2=2H2O為例，當電解質(zhì)溶液為KOH溶液時的電極反應(yīng)式的書寫步驟：負極反應(yīng)式的書寫：根據(jù)總反應(yīng)方程式列出總式兩邊化合價升高的有關(guān)物質(zhì)為H2，轉(zhuǎn)移電子為4e-：2H24e-=4H+。2.給出電池總反應(yīng)式，寫電極反應(yīng)式根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性，用H或OH或其他離

18、子配平，使兩邊電荷總數(shù)相等即得 2H24OH4e=4H2O。利用H2O使兩邊的元素守恒，即得： 2H24e4OH=4H2O。同理，正極反應(yīng)式的書寫如下： O24e=2O2， O22H2O4e=4OH。注意：在堿性溶液中提供H使O2變?yōu)镺H的是水，要寫成化學(xué)式的形式。 將正、負極反應(yīng)式相加，若得到總反應(yīng)式，說明寫法正確。根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性，用H或OH或其他離子配平，使兩【特別提醒】根據(jù)給出的兩個電極反應(yīng)式，寫總反應(yīng)方程式時，首先要使兩個電極反應(yīng)式的得失電子相等后再將兩式相加，消去反應(yīng)物和生成物中相同的物質(zhì)即可。注意：若反應(yīng)式同側(cè)出現(xiàn)不能共存的離子，如H和OH、Pb2和SO42，要寫成反應(yīng)后的

19、物質(zhì)如H2O和PbSO4。 【特別提醒】根據(jù)給出的兩個電極反應(yīng)式，寫總反應(yīng)方程式時，首先1.一種新燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y2O3）的氧化鋯（ZrO2）晶體,在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2。下列對該燃料電池說法正確的是（ ）A.在熔融電解質(zhì)中，O2-由負極移向正極B.電池的總反應(yīng)是：2C4H10+13O2 = 8CO2+10H2OC.通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：O2+4e- =2O2-D.通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：C4H10+26e-+ 13O2- = 4CO2 + 5H2OBC1.一種新燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；BC【例2】鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應(yīng)為： Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有關(guān)該電池的說法不正確的是( )A.電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3，負極為