高中化學(xué)選修四第四章化學(xué)電源_第1頁
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文檔簡介

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(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,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)劣的標準

(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為負極,碳棒為正極電解液:NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊。電極方程式:負極(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: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負極是Zn、正極是MnO2

、電解質(zhì)是KOH正極:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-負極:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2改進后的優(yōu)點: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、計算器和其他微型電子儀器。負極: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,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、心臟起搏器等的電源。鋰電池的特點及用途第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)正負極材料。正極:PbO2負極: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: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):負極:Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

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

特點: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。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等強堿、H2SO4等強酸、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-=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

負極正極負極

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)為強堿時,考慮CO2+2OH—=CO32—+H2OO2+4H++4e-=2H2O堿性③最后寫負極反應(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)化率可達近80%,遠高于普通燃燒過程(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。被人們譽為“綠色”發(fā)電站。

缺點: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、實驗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為陽極燃氣,空氣與CO2的混合氣為陰極燃氣,制得在65℃下工作的燃料電池,完成有關(guān)的電池反應(yīng)式:負極反應(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,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堿做電解質(zhì)溶液的新型手機電池,電量可達現(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極,b處通入的是空氣B.左邊的電極為電池的負極,a處通入的是甲醇C.電池負極的反應(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)。在每次實驗時,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為燃氣,空氣與CO2的混合氣為助燃氣,制得在650℃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的是C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極;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;(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

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