4.1.2化学电源ppt课件

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1、第一节第一节 原电池原电池 第第2 2课时课时 化学电源化学电源 在日常生活和学习中，你用过哪些在日常生活和学习中，你用过哪些 电池，你知道电池的其他应用吗？电池，你知道电池的其他应用吗？ 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换生的热能通过热能转换器转换 为电能的装置为电能的装置 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 用途广泛的电池用

2、途广泛的电池 用于“神六”的太阳能电池用于“神六”的太阳能电池 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 普通锌锰电池普通锌锰电池 碱性电池碱性电池 镍镍 镉镉 电电 池池 小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 锂离子电池锂离子电池 镍氢电池镍氢电池 电池发明的小故事电池发明的小故事 1791年他在解剖时年他在解剖时在实验在实验 室将悬有去了皮的青蛙腿的室将悬有去了皮的青蛙腿的 铜钩挂在铁架台上，发现蛙铜钩挂在铁架台上，发现蛙 腿腿会有肌肉抽搐的

3、现象。伽会有肌肉抽搐的现象。伽 伏尼认为动物的组织会产生伏尼认为动物的组织会产生 电流，而金属是传递电流的电流，而金属是传递电流的 导体。导体。 他从独特的角度认为电他从独特的角度认为电 流是由两种不同的金属产流是由两种不同的金属产 生的，经过一系列的实验，生的，经过一系列的实验， 终于在终于在1800年成功研制了年成功研制了 世界上第一个能产生稳定世界上第一个能产生稳定 电流的电池（见下图）。电流的电池（见下图）。 （意大利生物（意大利生物 学家伽伏尼）学家伽伏尼） （法国物理学家、（法国物理学家、 化学家伏特）化学家伏特） 化学电池的分类化学电池的分类 一次电池一次电池：就是放电后不可再充

4、电的电池。随着使用，一就是放电后不可再充电的电池。随着使用，一 次电池中能发生氧化还原反应的物质逐渐被消耗，当这些次电池中能发生氧化还原反应的物质逐渐被消耗，当这些 物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。其电物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。其电 解质溶液解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池，如锌锰电池；制成胶状，不流动，也叫干电池，如锌锰电池； 二次电池二次电池：又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以 再充电而反复使用的电池。如再充电而反复使用的电池。如铅蓄电池、镉镍电池、氢镍铅蓄电池、镉镍电池、氢镍 电池、锌银电池、锂离子电池、

5、聚合物锂离子蓄电池；电池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池； 燃料电池：燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成 电能的电能的化学电源，化学电源，如氢氧燃料电池。如氢氧燃料电池。 能量转化率较高；能量转化率较高； 供能稳定可靠；供能稳定可靠； 可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电 池组；池组； 使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。 电池的优点电池的优点 衡量电池优劣的指标衡量电池优劣的指标 比能量：比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能电

6、池单位质量或单位体积所能输出电能 的多少。的多少。单位：单位：(W h)/kg,(W h)/L 比功率：比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率电池单位质量或单位体积所能输出功率 的大小。的大小。单位：单位：W/kg,W/L 储存时间：储存时间：电池可储存时间的长短电池可储存时间的长短 一、一次电池一、一次电池 1.碱性锌锰电池碱性锌锰电池 放电之后不能充电放电之后不能充电( (内部的氧化还原反应不可逆内部的氧化还原反应不可逆) ) 碱性锌锰电池碱性锌锰电池 普通锌锰电池普通锌锰电池 （1）普通锌锰电池：普通锌锰电池：电解质电解质为为NH4Cl和淀粉糊和淀粉糊，还还 填有填有MnO2和炭黑和

7、炭黑。电极反应式：电极反应式： 负负 极极：Zn-2e- = Zn2+ 正正 极极：2NH4+2e-+2MnO2 = Mn2O3+2NH3+H2O 总反应总反应： Zn + 2NH4+2MnO2 = Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O 锌锰电池工作原理锌锰电池工作原理 （2）碱性锌锰电池碱性锌锰电池：电解质为电解质为KOH和淀粉糊和淀粉糊，还填还填 有有MnO2和炭黑和炭黑。电极反应式：电极反应式： 负负 极：极：Zn-2e-+2OH- = Zn(OH)2 正正 极：极：2MnO2+2e-+2H2O = 2MnO(OH)+2OH- 总反应：总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(O

8、H)+Zn(OH)2 氢氧化氧锰氢氧化氧锰 随着随着用电器朝着小型化、多功用电器朝着小型化、多功 能化发展的要求，对电池的发能化发展的要求，对电池的发 展也提出了小型化、多功能化展也提出了小型化、多功能化 发展的要求。发展的要求。 体积小、性能好的碱性锌锰电池应运体积小、性能好的碱性锌锰电池应运 而生。这类电池的重要特征是电解液由而生。这类电池的重要特征是电解液由 原来的中性变为离子导电性更好的碱性，原来的中性变为离子导电性更好的碱性， 负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍 增长，使放电电流大幅度提高。增长，使放电电流大幅度提高。 2.银锌电池银锌电池 总反应式

9、总反应式:Zn+Ag2O+H2O = 2Ag+Zn(OH)2 电极反应式电极反应式: 负极负极: Zn+2OH-2e- = Zn(OH)2 正极正极: Ag2O+H2O+2e- = 2Ag+2OH- 电解液电解液: KOH溶液溶液 优点：电池比能量大、电压稳定，储存时间长。适宜小电优点：电池比能量大、电压稳定，储存时间长。适宜小电 流连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、流连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、 照相机、计算器和其他微型电子仪器。照相机、计算器和其他微型电子仪器。 3.锂电池锂电池 锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=

10、6LiCl+Li2SO3+2S 负极负极: ； 正极正极: 。 用途：用途：质轻、高能质轻、高能(比能量高比能量高)、高工作效率、高稳定电压、高工作效率、高稳定电压、 宽工作温度、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。宽工作温度、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。 8Li-8e- = 8Li+ 3SOCl2+8e- = 6Cl-+SO32-+2S 锂电池锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电池锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极的负极，跟，跟用相同用相同质质 量的其他金属作负极量的其他金属作负极相比较相比较，使用，使用 寿命大大延长。锂电寿命大大延长。锂电 池的比能量池的比能量高电压高电

11、压高，工作温度宽。高，工作温度宽。 由于锂电池性能优异，广泛应用于军事由于锂电池性能优异，广泛应用于军事和空间和空间领域，民领域，民 用领域以微小功率为主，例如用领域以微小功率为主，例如用作用作电脑、手表、照相机、电脑、手表、照相机、 心脏起搏器等的电源心脏起搏器等的电源 锂电池的特点及用途锂电池的特点及用途 1. 铅酸蓄电池铅酸蓄电池 化学能化学能 电能电能 放电放电 充电充电 二、二次电池二、二次电池 放电过程总反应放电过程总反应 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) = 2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42-(aq)-2e- = PbSO4(s) 正极

12、：正极： PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e- = PbSO4(s)+2H2O(l) 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 铅酸酸蓄电池铅酸酸蓄电池充电的反应则是上述反应的充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程 铅酸蓄电池铅酸蓄电池工作原理工作原理 充电过程充电过程 PbSO4 (s) +2e- = Pb(s) + SO42-(aq) 还原反应还原反应 阴极阴极 阳极阳极 PbSO4(s)+2H2O(l)-2e- = PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq) 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

13、：充电过程总反应： 2PbSO4(s)+2H2O(l) = Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 铅酸蓄电池铅酸蓄电池的充放电过程：的充放电过程： 2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 放电放电 充电充电 优缺点简析优缺点简析 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、安全可重复使用、电压稳定、使用方便、安全 可靠、价格低廉可靠、价格低廉 2. 锂离子电池锂离子电池 锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出

14、能量大 等特点，是多种便携式电子设备（如智能手机、笔记等特点，是多种便携式电子设备（如智能手机、笔记 本电脑等）和交通工具（如电动汽车、电动自行车等）本电脑等）和交通工具（如电动汽车、电动自行车等） 的常用电池。的常用电池。 工作机制：工作机制： 负极：负极：LixCyxe =xLi+Cy 正极：正极：Li1-xCoO2+ xLi+ xe = LiCoO2 总反应：总反应：LixCy +Li1-xCoO2= LiCoO2+Cy 放电时，锂离子由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体放电时，锂离子由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体 中；充电时，锂离子从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负中；充电时，锂离

15、子从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负 极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电 池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化。池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化。 3.其他其他二次电池二次电池 镍镉电池、镍氢电池镍镉电池、镍氢电池、聚合物、聚合物锂离子蓄电池锂离子蓄电池 镉镍电池与氢镍电池：镉镍电池与氢镍电池： Cd+ 2NiO(OH) +2 H2O 2Ni (OH)2 + Cd(OH)2 放电放电 充电充电 2H2+ 2NiO(OH) 2Ni(OH)2 放电放电 充电充电 镉镍电池总反应：镉镍电池总反应： 氢镍电池总反应

16、：氢镍电池总反应： 课后思考课后思考：根据：根据上面所给的总方程式，你能写出各极发生上面所给的总方程式，你能写出各极发生 的反应的反应方程式吗？方程式吗？ 小型高性能燃小型高性能燃 料电池料电池 三、燃料电池三、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。换成电能的化学电池。 酸性电解质：酸性电解质： 碱性碱性电解质电解质 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 负极：负极：2H2-4e- = 4H+ 正极

17、：正极：O2+4H+4e- = 2H2O 总反应：总反应：2H2+O2 = 2H2O 1. 氢氧燃料电池氢氧燃料电池： 中性电解质：中性电解质： 负极：负极：2H2-4e- = 4H+ 正极正极: O2+2H2O+4e- = 4OH- 总反应：总反应：2H2+O2 = 2H2O 介质介质 电池总反应：电池总反应： 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 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 2H2 +4O

18、H- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 燃料电池的规律燃料电池的规律 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，只起传导电子的作用。电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。 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。 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 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; 总反应相当于燃料在助燃剂中燃烧，但应注意电解质总

19、反应相当于燃料在助燃剂中燃烧，但应注意电解质 溶液的影响而的最终产物的存在形式溶液的影响而的最终产物的存在形式 KOH溶液溶液： 负极：负极：CH410OH 8e = CO32 7H2O 正极：正极：2O24H2O8e = 8OH 总反应式：总反应式：CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O H2SO4溶液溶液： 负极：负极：CH42H2O8e = CO2 8H+ 正极：正极：2O28H 8e = 4H2O 总反应式：总反应式：CH4+2O2 = CO2+2H2O 2. 甲烷甲烷燃料电池燃料电池 用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中，然后向两极用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中

20、，然后向两极 分别通入分别通入CH4和和O2，该电池的反应式：，该电池的反应式： 3. 乙醇燃料电池乙醇燃料电池 用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液，分别向两极通入用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液，分别向两极通入 乙醇和氧气。乙醇和氧气。 酸作电解质酸作电解质 负极负极:C2H5OH+3H2O-12e- = 2CO2+12H+ 正极正极:3O2+12H+12e- = 6H2O 总反应式：总反应式：C2H5OH+3O2 = 2CO2+3H2O KOH作电解质作电解质 负极：负极：C2H5OH+16OH-12e- = 2CO32-+11H2O 正极：正极：3O2+12e-+6H2O = 12

21、OH- 总反应式：总反应式：C2H5OH+3O2+4OH- = 2CO32-+5H2O 4. 丁烷燃料电池丁烷燃料电池 一个电极通入丁烷，一个电极通入氧气，用掺杂了一个电极通入丁烷，一个电极通入氧气，用掺杂了Y2O3(三三 氧化二钇氧化二钇)的的ZrO2(二氧化锆二氧化锆)晶体作电解质，晶体高温时能传晶体作电解质，晶体高温时能传 导导O2-。 负极负极：2C4H10-52e-+26O2- = 8CO2+10H2O 正极正极：13O2+52e- = 26O2- 总反应总反应式：式：2C4H10+13O2 = 8CO2+10H2O 5. 熔融熔融盐盐燃料电池燃料电池 一极通入一极通入CO，一极通入

22、空气和，一极通入空气和CO2混合气体，以混合气体，以Li2CO3 和和Na2CO3的熔融盐作电解质。的熔融盐作电解质。 负负 极极:2CO+2CO32-4e- = 4CO2 正正 极：极：O2+2CO2+4e- = 2CO32- 总反应式总反应式:2CO+O2 = 2CO2 【特别提醒特别提醒】(1)通常燃料电池的负极是可燃性物质失去电通常燃料电池的负极是可燃性物质失去电 子，正极是氧气得电子，电极材料是惰性电极，电极本身不子，正极是氧气得电子，电极材料是惰性电极，电极本身不 参与放电。参与放电。 (2)书写燃料电池电极反应时要特别注意电解质溶液的离子书写燃料电池电极反应时要特别注意电解质溶液

23、的离子 参与电极反应，要写入电极反应式中。参与电极反应，要写入电极反应式中。 四、化学电源四、化学电源电极反应式的书写电极反应式的书写 1.根据装置书写电极反应式根据装置书写电极反应式 (1)确定原电池的正负极及放电的物质。确定原电池的正负极及放电的物质。 首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判首先根据题目给定的图示装置特点，结合原电池正负极的判 断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。断方法，确定原电池的正负极及放电的物质。 (2)书写电极反应式。书写电极反应式。 负极反应：负极反应： 规律：活泼金属或规律：活泼金属或H2(或其他还原剂或其他还原剂)失去电子生成金属阳失去电子生

24、成金属阳 离子或离子或H+(或其他氧化产物或其他氧化产物)。 特例：若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或特例：若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或 H+能反应，则该阴离子应写入电极反应式，如铅蓄电池能反应，则该阴离子应写入电极反应式，如铅蓄电池 的负极反应是的负极反应是PbSO42 2e = PbSO4。 。 正极反应：正极反应： 规律：阳离子得电子生成单质（或氧气得电子）。规律：阳离子得电子生成单质（或氧气得电子）。 特例：若是氧气得电子，要考虑电解质溶液的情况。特例：若是氧气得电子，要考虑电解质溶液的情况。 中性或碱性：中性或碱性：O22H2O4e = 4OH 酸性：酸性：O2

25、4H 4e = 2H2O。 。 (3)写出电池总反应方程式。写出电池总反应方程式。 结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应 方程式。方程式。 2.给出电池总反应式，写电极反应式给出电池总反应式，写电极反应式 (1)一般书写步骤为：一般书写步骤为： 列物质，标得失。选离子，配电荷。配个数，巧用水。列物质，标得失。选离子，配电荷。配个数，巧用水。 两式加，验总式。两式加，验总式。 (2)如以如以2H2O2 = 2H2O为例，当电解质溶液为为例，当电解质溶液为KOH溶液时溶液时 的电极反应式的书写步骤：的电极反应式的书写步骤： 负极反应式

26、的书写：负极反应式的书写： 根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为H2， 转移电子为转移电子为4e-：2H24e- = 4H+。 根据电解质溶液的酸碱性，用根据电解质溶液的酸碱性，用H 或 或OH 或其他离子配 或其他离子配 平，使两边电荷总数相等即得平，使两边电荷总数相等即得 2H24OH 4e = 4H2O。 。 利用利用H2O使两边的元素守恒，即得：使两边的元素守恒，即得： 2H24e 4OH = 4H2O。 。 同理，正极反应式的书写如下：同理，正极反应式的书写如下： O24e = 2O2， ， O22H2O4e = 4OH

27、。 。 注意：注意：在碱性溶液中提供在碱性溶液中提供H 使 使O2 变为 变为OH 的是水，要 的是水，要 写成化学式的形式。写成化学式的形式。 将正、负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。将正、负极反应式相加，若得到总反应式，说明写法正确。 【特别提醒特别提醒】根据给出的两个电极反应式，写总反应方程根据给出的两个电极反应式，写总反应方程 式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等后再将两式时，首先要使两个电极反应式的得失电子相等后再将两 式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意： 若反应式同侧出现不能共存的离子，如若反应式同侧

28、出现不能共存的离子，如H 和 和OH 、 、Pb2 和 和 SO42 ，要写成反应后的物质如 ，要写成反应后的物质如H2O和和PbSO4。 化化 学学 电电 源源 碱性锌锰电池碱性锌锰电池 银锌电池银锌电池 锂电池锂电池 一次电池一次电池 铅酸蓄电池铅酸蓄电池 二次电池二次电池 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 燃料电池燃料电池 构造构造 工作原理工作原理 特点特点 锂离子电池锂离子电池 1.一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体； 电解质是掺杂氧化钇（电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（）的氧化锆（ZrO2）晶体）晶体,在熔融在熔融 状

29、态下能传导状态下能传导O2 。下列对该燃料电池说法正确的是 。下列对该燃料电池说法正确的是（ ） 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+13O2 = 8CO2+10H2O 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：O2+4e- = 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： C4H10+26e-+ 13O2- = 4CO2 + 5H2O BC 2.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相 比

30、，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总 反应为：反应为： 下列叙述不正确的是下列叙述不正确的是（ ） A.放电时每转移放电时每转移3 mol电子，正极有电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化被氧化 B. 放电时负极反应为：放电时负极反应为：Zn-2e-+2OH- = Zn(OH)2 C.放电时正极附近溶液的碱性增强放电时正极附近溶液的碱性增强 放电放电 充电充电 3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+ 4KOH A 3.某可充电的锂离子电池以某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的为正极，嵌入锂的 碳材料碳材料为负极，含为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池导电固体为电解质。放电时的电池 反应为：反应为：Li + LiMn2O4 = Li2Mn2O4。下列说法正确。下列说法正确的的 是是（ ） A.放电时，放电时，LiMn2O4发生氧化反应发生氧化反应 B.放电时，正极反应为放电时，正极反应为:Li+LiMn2O4+e- = Li2Mn2O4 C.充电时，充电时，LiMn2O4发生氧化反应发生氧化反应 D.充电时，阳极反应为：充电时，阳极反应为：Li+ +e- = Li B