學(xué)修 化學(xué)電源 課件

學(xué)修化學(xué)電源課件第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1、在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知

道電池的其它應(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)變?yōu)殡娔艿难b置學(xué)與問第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池形形色色的電池第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六“震動動力充電電池”勺水充電三維納米結(jié)構(gòu)電池尿液充電的電池

第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置(2)優(yōu)點(diǎn):(3)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):①能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。②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。③易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。①比能量［符號(W·h/kg)，(W·h/L)］指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[符號是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?、垭姵氐膬Υ鏁r間的長短(1)化學(xué)電源：第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池鋰離子電池鎳鎘電池普通鋅錳干電池銀鋅鈕扣電池甲烷燃料電池放電完后不能再次充電放電后可再次充電利用，放電時進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以逆向進(jìn)行，恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六

1.普通干電池原理負(fù)極（Zn）:正極（C）：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O電池總反應(yīng)式：一、一次電池Zn—2e-=Zn2+2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1.堿性鋅-錳干電池總反應(yīng)：負(fù)極(Zn)：正極(C)：缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴Zn+2OH––2e–=Zn(OH)2

2MnO2+2H2O+2e–=2MnOOH+2OH–

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

氫氧化氧錳一、一次電池第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（1）首先，寫出總反應(yīng)的離子方程式并標(biāo)出變價。（2）負(fù)極：還原劑-ne-=氧化產(chǎn)物

正極：氧化劑+ne-=還原產(chǎn)物（3）要注意電極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。例如電解質(zhì)溶液的酸堿性，適當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊添加H+、OH—、H2O，以遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒。（4）燃料電池一般先寫總反應(yīng)，再寫正極反應(yīng)式，最后相減得負(fù)極反應(yīng)式。原電池電極反應(yīng)式的書寫（潑負(fù)失氧）第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2.干電池(普通鋅錳電池）鋅筒石墨棒MnO2和CNH4Cl、ZnCl2

和H2O等糊狀物練習(xí)：寫出鋅錳干電池的電極反應(yīng)方程式。負(fù)極：————————————————正極：——————————————————總反應(yīng):通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？___________________________________Zn-2e-=Zn2+鋅筒變軟，電池表面變得不平整Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六3.鋅銀鈕扣電池正極(Ag2O)：Ag2O+H2O+

2e-=2Ag+2OH－負(fù)極(Zn)：Zn+2OH－－

2e-=Zn(OH)2總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag工作原理：Zn第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六電池中含有大量的重金屬如鋅、鉛、鎘、汞、錳等。據(jù)專家測試，一節(jié)鈕扣電池能污染60萬升水；一節(jié)一號電池爛在地里，能使一平方米的土地失去利用價值。若將廢舊電池混入生活垃圾一起填埋，滲出的重金屬物質(zhì)就會滲透土壤、污染地下水，進(jìn)而進(jìn)入魚類、農(nóng)作物等，破壞人類的生存環(huán)境，間接威脅到人類的健康，有的還能致癌。所以我們不要亂扔電池，要及時回收。廢舊電池的回收利用第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1925年，日本氮肥公司在水俁建廠，后又開設(shè)了合成醋酸廠，和乙烯(C2H3Cl)制造廠。1956年，水俁灣附近發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的病。這種病癥最初出現(xiàn)在貓身上，病貓步態(tài)不穩(wěn)，抽搐，甚至跳?！白詺ⅰ?，因此被稱為“貓舞蹈癥”。但是不久之后，當(dāng)?shù)匕l(fā)現(xiàn)了有人患有這些病癥?；颊咻p者口齒不清、步履蹣跚、面部癡呆、手足麻痹、知覺出現(xiàn)障礙、手足變形，重者神經(jīng)失常，直至死亡。氯乙烯和醋酸乙烯在制造過程中要使用含汞（Hg）的催化劑，而廢水中大量的汞未經(jīng)處理直接出去。當(dāng)汞在水中被水生物食用后，會轉(zhuǎn)化成甲基汞（CH3HgCl）。這種劇毒物質(zhì)只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命。

第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六二.充電電池鉛蓄電池化學(xué)能放電充電電能第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六負(fù)極:Pb+SO42--2e-=PbSO4

正極:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O放電原理：1.鉛蓄電池Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O電池總反應(yīng)式：放電充電放電充電第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-

還原反應(yīng)陽極：氧化反應(yīng)接電源正極PbSO4(s)+2H2O-2e-=PbO2(s)+H++SO42-Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)

鉛蓄電池的充放電過程：放電充電鉛蓄電池充電原理：②充電原理：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4陰極：接電源負(fù)極第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1、鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應(yīng)為：Fe+Ni2O3+3H2OFe(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(fù)極為FeB.電池放電時，負(fù)極反應(yīng)為：Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2C.電池放電過程中，負(fù)極附近溶液的pH升高D.電池充電時，陽極反應(yīng)為：2Ni(OH)2+2OH--2e-=放電充電鞏固拓展CNi2O3+3H2O第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六負(fù)極：Cd+2OH--2e-=Cd(OH)22.鎘鎳堿性蓄電池正極：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-總反應(yīng)：2NiO(OH)+2H2O+Cd2Ni(OH)2+Cd(OH)2放電充電特點(diǎn)：鎘鎳電池是一種新型的封閉式體積小的充電電池，其壽命比鉛蓄電池長。用途：廣泛用于收音機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、電動剃須刀等。第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六在日本富山平原上一條名叫“神通川”的河流穿行而過，并注入富山灣。它不僅是居住在河流兩岸人們世世代代的飲用水源，也灌溉著兩岸肥沃的土地，是日本主要糧食基地的命脈水源。

然而，誰也沒有想到，多年后這條命脈水源竟成了“奪命”水源。1931年，這里出現(xiàn)了一種怪病，患者病癥表現(xiàn)為腰、手、腳等關(guān)節(jié)疼痛。病癥持續(xù)幾年后，患者全身各部位會發(fā)生神經(jīng)痛、骨痛現(xiàn)象，行動困難，甚至呼吸都會帶來難以忍受的痛苦。到了患病后期，患者骨骼軟化、萎縮，四肢彎曲，脊柱變形，骨質(zhì)松脆，就連咳嗽都能引起骨折?；颊卟荒苓M(jìn)食，疼痛無比，常常大叫“痛死了！”有人甚至因無法忍受痛苦而自殺。這種病由此得名為“骨癌病”或“痛痛病”

。經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，“痛痛病”是由神通川上游的神岡礦山廢水引起的鎘(Cd

)中毒。第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六3.鋰離子電池

負(fù)極(Li)：Li-e-＝Li＋正極(MnO2)：MnO2＋Li＋＋e-＝LiMnO2電極總反應(yīng)式：Li＋MnO2＝LiMnO2

放電原理：特點(diǎn)：壽命長、高能電池、電壓高、質(zhì)量輕、容量大、貯存時間長等，是新一代可充電的綠色電池，但電解液中不能有水。用途：電腦、手表、心臟起搏器等。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2、Li-Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應(yīng)式為：2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe有關(guān)該電池的下列中，正確的是（）Li-Al在電池中作為負(fù)極材料，該材料中Li的化合價為+1價該電池的電池反應(yīng)式為：2Li+FeS＝Li2S+Fe負(fù)極的電極反應(yīng)式為：Al-3e-=Al3+充電時，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Li2S+Fe-2e-=2Li++FeSB第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六三.燃料電池：

燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近80%，約為火力發(fā)電的2倍。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零；燃料電池發(fā)明于19世紀(jì)30年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到20世紀(jì)60年代才開始進(jìn)入實(shí)用階段。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六三、燃料電池第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六1、氫氧燃料電池電解質(zhì)電池反應(yīng)：酸性負(fù)極正極

堿性負(fù)極正極2H2-4e-=4H+

O2+4H++4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-2H2+Ｏ２=2H2O

第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2、固體氫氧燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+O2=2H2O

負(fù)極正極負(fù)極

正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六①寫出電極總反應(yīng)式a.酸性介質(zhì)：

O2+4H++4e-=2H2Ob.堿性介質(zhì)：

O2+4H2O+4e-=4OH-②根據(jù)電解質(zhì)溶液的不同，寫出正極反應(yīng)式燃料電池電極反應(yīng)式的書寫c.熔融氧化物：O2+4e-=2O2－

③負(fù)極反應(yīng)式=總反應(yīng)—正極反應(yīng)式第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六（1）將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；（2）溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它與H＋結(jié)合成H2O、在堿性或中性溶中它與H2O結(jié)合成OH－；（3）負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如＋4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32-形式存在）。

3.書寫電極反應(yīng)方程式應(yīng)注意：第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六①（電解質(zhì)溶液為硫酸溶液）正極：

2O2+8e-+8H+=4H2O負(fù)極：

CH4-8e-+2H2O

=CO2+8H+

總反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O3、甲烷燃料電池②（電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀溶液）正極：

2O2+8e-+4H2O=8OH-負(fù)極：

CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O總反應(yīng)：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六4.甲醇燃料電池負(fù)極：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O（電子得失守恒）用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后分別向負(fù)極通入甲醇，正極通入氧氣，形成燃料電池總反應(yīng)：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O

正極：3O2+12e-+6H2O=12OH-①（電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀溶液）第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六②（電解質(zhì)溶液為硫酸溶液）負(fù)極：2CH3OH-12e-+2H2O=CO2+12H+

（電子得失守恒）用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入硫酸溶液中，然后分別向負(fù)極通入甲醇，正極通入氧氣，形成燃料電池總反應(yīng)：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O正極：3O2+12e-+12H+=6H2O4.甲醇燃料電池第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率。例：可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負(fù)極氣體，空氣與CO2的混合氣體為正極氣體，制得在650攝氏度下工作的燃料電池。求：負(fù)極反應(yīng)式和總反應(yīng)式5.熔融碳酸鹽燃料電池負(fù)極:CO+CO32－＋2e＝2CO2電池總反應(yīng):2CO+O2＝2CO2正極:2CO2+O2+4e＝2CO32－第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六2、一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測儀，負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH－4e－+H2O=CH3COOH+4H＋。下列有關(guān)說法正確的是（）A.檢測時，電解質(zhì)溶液中的H＋向負(fù)極移動B.若有0.4mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48L氧氣C.電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2OD.正極上發(fā)生的反應(yīng)是：O2+4e－+2H2O=4OH－鞏固拓展C第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六3、研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進(jìn)行發(fā)電，在海水中電池總反應(yīng)可表示為：5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”電池在海水中放電時的有關(guān)說法正確的是()

A.正極反應(yīng)式：Ag＋Cl－－e－=AgClB.每生成1molNa2Mn5O10轉(zhuǎn)移2mol電子

C.Na＋不斷向“水”電池的負(fù)極移動D.AgCl是還原產(chǎn)物B

第34頁，共37頁，2023年，2月20日，星期六4、鋁電池性能優(yōu)越，Al-AgO電池可用作水下動力電源，其原理如右下圖所示。該電池反應(yīng)的方程式為：負(fù)極：正極：