化學(xué)能與電能

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) (1). 掌握簡單的電極反應(yīng) 的書寫。 (2). 了解常見化學(xué)電池的組成與應(yīng)用。 (3). 通過原電池原理加強對新型原電池、燃料電池的掌握和理解。復(fù)習(xí)鞏固復(fù)習(xí)鞏固銅鋅原電池 先分析正、負(fù)極，先分析正、負(fù)極，再根據(jù)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生再根據(jù)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)的規(guī)律書寫電極反應(yīng)式。還原反應(yīng)的規(guī)律書寫電極反應(yīng)式。2H+2e-H2負(fù)極：負(fù)極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：正極正極：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2正極：正極：負(fù)極：負(fù)極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn2e-Zn2+Cu2+ + 2e-CuZn + Cu2+Zn2+ + Cu或或 Zn + CuSO4Cu + Z

2、nSO4及時訓(xùn)練鋰電池鋰電池干電池干電池各各類類電電池池一，常見的各類電池一，常見的各類電池鉛蓄電池鉛蓄電池燃料電池燃料電池二：化學(xué)電池二：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料電池燃料電池3)優(yōu)點優(yōu)點: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

3、種環(huán)境下工作。負(fù)極（鋅筒）：負(fù)極（鋅筒）：Zn-2e-=Zn2+正極（石墨）：正極（石墨）：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O干電池 Zn- Mn普通普通干電池干電池三、常見電池電極反應(yīng)式的書寫三、常見電池電極反應(yīng)式的書寫鋅錳堿性電池是一種新型的干電池。鋅錳堿性電池是一種新型的干電池。正極材料為正極材料為MnO2 ,負(fù)極材料為負(fù)極材料為Zn，還原產(chǎn)物為還原產(chǎn)物為MnOOH,電解質(zhì)是電解質(zhì)是KOH溶液，溶液，總：總： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOO

4、H請寫出電極反應(yīng)式并分析其工作原理。請寫出電極反應(yīng)式并分析其工作原理。負(fù)極：負(fù)極：Zn + 2OH2e- = Zn(OH)2正極：正極：2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OH 總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO（OH）堿性堿性Zn- Mn干電池干電池鉛蓄電池鉛蓄電池（1）電極材料及原料）電極材料及原料（2）電解質(zhì)溶液）電解質(zhì)溶液（3）電極反應(yīng)式：）電極反應(yīng)式：正極：正極：PbO2 負(fù)極：負(fù)極：PbH2SO4溶液溶液負(fù)極（負(fù)極（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4正極（正極（PbO2）: Pb

5、O2+4H+SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O總反應(yīng)：總反應(yīng)：放電放電充電充電2 PbSO4 + 2H2OPbO2 + Pb + 2H2SO4負(fù)極：負(fù)極：Pb+SO42- =PbSO4+2e-正極：正極：PbO2+SO42-+4H+2e - =PbSO4+ 2H2O 電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ =2PbSO4+2H2O陰極：陰極： PbSO4 +2e- Pb+SO42- 陽極：陽極： PbSO4+ 2H2O PbO2+SO42-+4H+2e- 電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ 鉛蓄電池的

6、放電過程鉛蓄電池的放電過程原電池原電池鉛蓄電池的充電過程鉛蓄電池的充電過程電解池電解池放電放電充電充電2 PbSO4 + 2H2OPbO2 + Pb + 2H2SO4鉛蓄電池的充放電過程鉛蓄電池的充放電過程 把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器”優(yōu)點：優(yōu)點：效率高、無污染，裝置可持續(xù)使用效率高、無污染，裝置可持續(xù)使用 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)

7、物不斷排出電池 （3）新型燃料電池）新型燃料電池怎樣書寫燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？怎樣書寫燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？書寫步驟書寫步驟：（：（1）寫出燃燒反應(yīng)，根據(jù)電解液改寫燃寫出燃燒反應(yīng)，根據(jù)電解液改寫燃料電池總反應(yīng)；料電池總反應(yīng)；（2）寫出正極的電極反應(yīng)式）寫出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡單一般較簡單);（3）由燃料電池總反應(yīng)減去正極的電極反應(yīng)式得負(fù)極）由燃料電池總反應(yīng)減去正極的電極反應(yīng)式得負(fù)極的電極反應(yīng)式。的電極反應(yīng)式。正極反應(yīng)一般為正極反應(yīng)一般為酸性介質(zhì)酸性介質(zhì) 堿性介質(zhì)堿性介質(zhì)O2+4H+4e=2H2OO2+2H2O+4e=4OH-（1）氫氧燃料電池）氫氧燃料電池負(fù)極負(fù)極H

8、H2 2：2 2H2+4OH- -4e- =4H2O 正極正極O O2 2：O O2+2+2H2O +4e- =4OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)： O O2+2+2H2 =2H2O氫氧燃料電池是一種新型的氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個電極均由多孔性碳制成，兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并通入的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。堿性介質(zhì)在電極表面放電。堿性介質(zhì)燃燃 料料 電電 池池介質(zhì)電池反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 酸性負(fù)極正極中性負(fù)極 正極堿性負(fù)極正極2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 -

9、 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- （2）CH4燃料電池（堿性介質(zhì)）燃料電池（堿性介質(zhì)）1.燃燒總化學(xué)反應(yīng)燃燒總化學(xué)反應(yīng)： CH4+2O2CO2+2H2O2.燃料電池總反應(yīng)：燃料電池總反應(yīng)：3.正極：正極：4.負(fù)極：負(fù)極：CH4+2OH-+2O2 = CO3 2 -+3H2O2O2+4H2O+8e= 8OH-CH4+10OH-8e= CO32-+7H2OCH4燃料電池（燃料電池（酸性介質(zhì)）酸性介質(zhì)）燃料電池總反應(yīng)：燃料電池總反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：

10、O2+4H+4e-=2H2O負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+（3）甲醇燃料電池（酸性介質(zhì)）總反應(yīng)總反應(yīng): : 2CH2CH4 4O + 3OO + 3O2 2 = 2CO= 2CO2 2 + 4H+ 4H2 2O O 正極正極的電極反應(yīng)式為的電極反應(yīng)式為：3O3O2 2+12e+12e- -+12H+12H+ + = 6H= 6H2 2O O 負(fù)極負(fù)極的電極反應(yīng)式為的電極反應(yīng)式為：2CH2CH4 4O-12eO-12e- -+2H+2H2 2O = 12HO = 12H+ + 2CO+ 2CO2 2甲醇燃料電池（堿性介質(zhì)） 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2CH2CH4 4O + 3OO + 3O2 2 +4KOH+4KOH = 2K= 2K2 2COCO3 3 + 6H+ 6H2 2O O 正極正極的電極反應(yīng)式為的電極反應(yīng)式為：3O3O2 2+12e+12e- - + 6H + 6H2 20=12OH0=12