高中化學(xué)選修四第四章化學(xué)電源

高中化學(xué)選修四第四章化學(xué)電源第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鋰電池干電池疊層電池紐扣電池各類電池各類電池第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)電池的分類一次電池（干電池）：活性物質(zhì)消耗到一定程度，就不能使用；二次電池（充電電池或蓄電池）：放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生；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。第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)電池優(yōu)點(diǎn)（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。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

（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?。?）電池的儲存時間的長短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好。第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月干電池碳棒(+)氯化銨MnO2鋅皮(-)負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+正極:2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑總反應(yīng):2Zn+4NH4Cl+4MnO2=2Mn2O3+[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+2H2O普通鋅錳電池H2+2MnO2=Mn2O3+H2O4NH3+Zn2+=[Zn(NH3)4]2+一次電池：第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月電極:Zn為負(fù)極,碳棒為正極電解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊。電極方程式：負(fù)極(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋總反應(yīng)式:

正極(石墨)：2NH4++2e-

＝

2NH3+H2Zn+2NH4+=Zn2＋

+2NH3+H2第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

二氧化錳的用途：填充MnO2的黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。缺點(diǎn)：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液。第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

隨著用電器朝著小型化、多功能化發(fā)展的要求，對電池的發(fā)展也提出了小型化、多功能化發(fā)展的要求。

體積小、性能好的堿性鋅－錳電池應(yīng)運(yùn)而生。這類電池的重要特征是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負(fù)極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流大幅度提高。第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鋅粉和KOH的混合物MnO2金屬外殼堿性鋅錳電池第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月總反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋Zn＝Zn(OH)2＋2MnOOH負(fù)極是Zn、正極是MnO2

、電解質(zhì)是KOH正極：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定，比能量和可儲存時間均有提高，適用于大電流和連續(xù)放電，不會氣漲或漏液。第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鋅銀電池正極：Ag2O+H2O+2e–=2Ag+2OH–總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時間長，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計算器和其他微型電子儀器。負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2

第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鋰電池鋰電池：（-）Li（S）LiI（晶片）I2(+）

鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負(fù)極：

；正極：

。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)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，可儲存時間長。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)域以微小功率為主，例如用作電腦、手表、照相機(jī)、心臟起搏器等的電源。鋰電池的特點(diǎn)及用途第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鉛蓄電池二次電池：第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鉛蓄電池（1）正負(fù)極材料。正極：PbO2負(fù)極：Pb電解質(zhì)溶液：H2SO4(aq)第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月①放電過程Pb+SO42--2e-=PbSO4

正極：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

還原反應(yīng)負(fù)極：

氧化反應(yīng)②充電過程PbSO4+2e-=Pb+SO42-

還原反應(yīng)陰極：陽極：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-

氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源正極Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)放電充電第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池……

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是移動通信及筆記本電腦等的迅速發(fā)展，迫切需要小型化、供電方便、工作壽命長、自放電率低、記憶效率低、不需要維護(hù)的電池。第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鋅銀蓄電池

充電放電正極填充Ag2O和石墨，負(fù)極填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液KOH。反應(yīng)式為：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月此電池放電時，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2

正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月鎳—鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池的負(fù)極材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電A.Cd

（A

）B.

NiO(OH)

D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2電極反應(yīng)：負(fù)極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-鎘鎳電池

特點(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月氫鎳電池電池反應(yīng)：H2+2NiOOH=2Ni(OH)2

負(fù)極：H2+2OH--2e-=2H2O正極：2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料電池一種連續(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。電池的電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件。工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。有清潔、能量轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)。第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料

O2

電解質(zhì)溶液電極材料：多孔性鎳、鉑電解質(zhì)溶液：KOH等強(qiáng)堿、H2SO4等強(qiáng)酸、NaCl等鹽溶液1、燃料電池的構(gòu)成常見燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月e-e-H2O2負(fù)極:2H2-4e-=4H+正極:O2+4H++4e-=2H2O總反應(yīng):2H2+O2=2H2O電解質(zhì)溶液為酸性:電解質(zhì)溶液為堿性:負(fù)極:2H2+4OH--4e-=4H2O正極:O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng):2H2+O2=2H2OAPt(-)Pt(+)氫氧燃料電池工作原理負(fù)極室正極室隔膜電解質(zhì)溶液氫氧燃料電池第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月介質(zhì)電池總反應(yīng)：2H2+Ｏ２=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+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-氫氧燃料電池第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

介質(zhì)電池反應(yīng)：2H2+Ｏ２=2H2O

負(fù)極正極負(fù)極

正極2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

固體燃料電池第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月②再寫正極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－酸性①先寫總反應(yīng)：燃料在氧氣中的燃燒燃料電池的電極反應(yīng)的書寫：若有CO2生成，且電解質(zhì)為強(qiáng)堿時，考慮CO2+2OH—=CO32—+H2OO2＋4H+＋4e－＝2H2O堿性③最后寫負(fù)極反應(yīng)：總反應(yīng)減去正極反應(yīng)第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月大有發(fā)展前景的燃料電池

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%，遠(yuǎn)高于普通燃燒過程（30%

），有利于節(jié)約能源

。燃料電池排放的廢棄物少得多，噪聲也低。被人們譽(yù)為“綠色”發(fā)電站。

缺點(diǎn)：輸出電壓較低，一般需要串聯(lián)，體積較大，又要不斷供給反應(yīng)物，排出生成物，附屬設(shè)備較多。第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月減少污染節(jié)約資源第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1、實(shí)驗(yàn)室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水制取氯氣，已知鉛蓄電池放電時發(fā)生如下反應(yīng)： 負(fù)極：； 正極：

今若制得Cl20.050mol，這時電池內(nèi)消耗的H2SO4的物質(zhì)的量至少是：

A．0.025mol B．0.050mol

C．0.10

mol D．0.20molＣ

第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2、氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是

根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述中正確的是：

A．電池放電時，電池負(fù)極周圍溶液的pH值不斷增大

B．電池放電時，鎳元素被氧化

C．電池充電時，氫元素被還原

D．電池放電時，H2是負(fù)極

C、D第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月３、在含有H2S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了Ag2S），為了除去銀器表面Ag2S，可采用如下方法：

在一個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使銀器與鋁接觸良好．過一段時間，銀器表面變?yōu)殂y白色，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，請用電極反應(yīng)式和離子方程式表示上述過程．負(fù)極：Al-3e-=Al3+正極：Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S?第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月４、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Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極燃?xì)猓频迷?5℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO32-=4CO2+4e正極反應(yīng)式：總反應(yīng)式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月5、1991年我國首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標(biāo)志燈已經(jīng)研制成功。該燈以海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中氧使鋁不斷氧化產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘就發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高20到50倍。運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識，推測該新型電池兩極上可能發(fā)生的電極反應(yīng)。負(fù)極正極4Al-12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH-不活潑金屬或碳Cu6、已知：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2利用這一反應(yīng)，試設(shè)計一個原電池，畫出示意圖，標(biāo)明電極材料名稱，電解質(zhì)溶液，然后填空：正極，電極反應(yīng)負(fù)極，電極反應(yīng)

2Fe3++2e=2Fe2+Cu-2e=Cu2+第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7、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-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，總反應(yīng)式為：Zns＋2MnO2s＋H2Ol＝ZnOH2s＋Mn2O3s下列說法錯誤的是（）A

電池工作時，鋅失去電子B

電池正極電極反應(yīng)式為：

2MnO2s＋H2Ol＋2e＝Mn2O3s＋2OHaqC

電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D

外電路中每通過02mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小65gC第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月8、將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，由于發(fā)生的反應(yīng)類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實(shí)質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為____，這一極的電極反應(yīng)為___________________；通入氧氣的一極為_______，電極反應(yīng)為____________________________，總反應(yīng)為__________________________。負(fù)極CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正極O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月9、蓄電池在放電時是起原電池作用，充電時是起電解池作用，愛迪生電池分別在充電和放電時發(fā)生的反應(yīng)為：

根據(jù)愛迪生蓄電池的原理作出的下列判斷中錯誤的是（

）

①放電時，F(xiàn)e為負(fù)極，NiO2為正極

②充電時陽極上的電極反應(yīng)為：Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O

③放電時，電解質(zhì)溶液中的陰離子向正極方向移動。

④蓄電池的電極必須浸在某種酸性溶液中

⑤蓄電池的電極必須浸在某種堿性溶液中

A.①和②B.只有④C.③和④D.③和⑤A第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月１0、下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述正確的是A．a(chǎn)電極是負(fù)極B．b電極的電極反應(yīng)為：4OH-－4e－＝2H2O＋Ｏ2C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源AD第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月１1、據(jù)報道，最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿做電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池，電量可達(dá)現(xiàn)在使用的鎳氫電池或鋰電池的十倍，可連續(xù)使用一個月才充一次電。其電池反應(yīng)為：2CH3OH+3O2+4OH—

2CO32—+6H2O，則下列說法錯誤的是Ａ．放電時CH3OH參與反應(yīng)的電極為正極Ｂ．充電時電解質(zhì)溶液的pH逐漸增大

Ｃ．放電時負(fù)極的電極反應(yīng)為：CH3OH－6e－

＋8OH－

＝

CO32—+6H2OＤ．充電時每生成1molCH3OH轉(zhuǎn)移6mol電子

A第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月１2、如圖是2004年批量生產(chǎn)的筆記本電腦所用的甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H+)和電子。電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)。電池總反應(yīng)式為：2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O。下列說法中正確的是A．右邊的電極為電池的負(fù)極，b處通入的是空氣B．左邊的電極為電池的負(fù)極，a處通入的是甲醇C．電池負(fù)極的反應(yīng)式為：CH3OH+H2O－6e－=CO2+6H+D．電池的正極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e－=4OH－BC第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月１3、將潔凈的鐵片和其它金屬片A、B、C、D分別放在浸有NaCl溶液的濾紙上并壓緊（如圖所示）。在每次實(shí)驗(yàn)時，記錄電壓表指針的移動方向和電壓表的讀數(shù)如下：

V玻璃板金屬片濾紙銅片

金屬指針移動方向電壓①Fe(－)0.65②A(－)0.78③B(+)0.25④C(－)1.35⑤D(－)0.20請回答下列問題：⑴

在第①組組成的原電池中，一段時間后，鐵片上出現(xiàn)了紅褐色物質(zhì)。請用電極反應(yīng)方程式和化學(xué)反應(yīng)方程式表示其產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)的過程。

負(fù)極：2Fe－4e－

==2Fe2+

正極：O2+4e－

+2H2O==4OH－2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3

⑵A、B、C、D四種金屬的金屬性強(qiáng)弱順序

，

金屬一定不能從硫酸銅溶液中置換出銅。

C＞A＞D＞B⑶若濾紙改用NaOH溶液浸潤，則在濾紙上能看到有藍(lán)色物質(zhì)析出的是

（填字母）金屬。其對應(yīng)的原電池的電極反應(yīng)式為：負(fù)極

正極

B2Cu－

4e－

=2Cu2+O2+4e－

+2H2O==4OH－

B第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月１4、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎肔i2CO3和NaLi2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為助燃?xì)?，制得?50℃下工作的燃料電池。下列說法正確的是（

）A.正極反應(yīng)式：O2+2H2O+4e-=4OH-B.負(fù)極反應(yīng)式：CO+CO32--2e-=2CO2C.燃料電池工作時CO32-

離子向正極遷移

D.燃料電池的總反應(yīng)為2CO+O2=2CO2

BD第43頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月15、下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負(fù)極；A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲上有H2氣放出；B.在氧化–還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；（C）第44頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月１6、市場上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等?！盁岱蟠眴⒂弥坝盟芰洗蛊渑c空氣隔絕，啟用時，打開塑料袋輕輕揉搓就會放出熱量。使用完