第四章第二節(jié)-化學(xué)電源(備課件)2021-2022學(xué)年高二化學(xué)選修4同步備課系列(人教版)

高二化學(xué)人教版選修4第四章

電化學(xué)基礎(chǔ)2第二節(jié)

化學(xué)電源一個(gè)人的心臟跳動(dòng)過慢時(shí)，醫(yī)生會(huì)建議他安裝一個(gè)心臟起搏器，借助化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來延長生命。該用什么材料制作這樣的電池呢？經(jīng)過科學(xué)家的長期研究，發(fā)明的這種電池叫做鋰電池。那除了這種電池外，還有其他的一些電池。讓我們一起來了解化學(xué)電源的多樣性吧［學(xué)與問］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(shí)產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置化學(xué)電源化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧氣組成燃料電池鉛蓄電池鋅銀蓄電池鎳鎘電池鋰離子電池普通干電池堿性鋅錳電池鋅銀紐扣電池

電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次氧化還原反應(yīng)并放電之后，就不能再次利用。

又稱充電電池或蓄電池。放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)獲得重生，恢復(fù)工作能力，可多次重復(fù)使用。

是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電源，又稱連續(xù)電池。1)概念:將化學(xué)能變成電能的裝置2)分類:化學(xué)電池63)優(yōu)點(diǎn):4)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(hào)(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(hào)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小③電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長短疊層電池紐扣電池各類電池鋰電池干電池小型高性能燃料電池

1、干電池(普通鋅錳電池）干電池用鋅制桶形外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作電解質(zhì)溶液，還填充MnO2的黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。電極總的反應(yīng)式為：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O一、一次電池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？_____________________________我們?cè)谑褂酶呻姵氐倪^程中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請(qǐng)推測可能是干電池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2，H2+2MnO2=Mn2O3+H2O鋅筒變軟，電池表面變得不平整MnO2ZnCl2Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O優(yōu)點(diǎn)：制作簡單、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。2、堿性鋅-錳干電池\KOH\負(fù)極：(-)ZnZn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

(+)MnO23.鋅銀鈕扣電池正極：Ag2O+H2O+

2e-=2Ag+2OH－負(fù)極：Zn+2OH－-2e-=ZnO+H2O總反應(yīng)：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag電極分別為Ag2O和Zn電解質(zhì)溶液為KOH4、鋰電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：

8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負(fù)極：

；正極：

。用途：質(zhì)輕、高能(比能量高)、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S為什么廢舊紐扣電池應(yīng)專門回收？鈕扣電池含有汞，當(dāng)其廢棄在自然界里，外層金屬銹蝕后，汞就會(huì)慢慢從電池中溢出來，進(jìn)入土壤或在下雨之后進(jìn)入地下水，再通過農(nóng)作物進(jìn)入人體，損傷人的內(nèi)臟。在微生物的作用下，無機(jī)汞可以轉(zhuǎn)變成甲基汞，聚積在魚類的身體里，人食用了這種魚后，甲基汞會(huì)進(jìn)入人的大腦細(xì)胞，使人的神經(jīng)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞，重者會(huì)發(fā)瘋致死。日本水俁病就是甲基汞所致。鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池…1.鉛蓄電池1)正負(fù)極材料正極：PbO2負(fù)極：Pb2)工作機(jī)制電解質(zhì)：H2SO4溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個(gè)過程二、二次電池放電過程總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O負(fù)正Pb(s)+SO42--2e-=PbSO4(s)正極：PbO2(s)+4H++SO42-+2e-=PbSO4(s)+2H2O

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)負(fù)極：①放電過程鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4PbSO4(s)+PbSO4(s)+

2H2O(l)負(fù)極正極陰極陽極(2)充電過程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-

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

氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源正極充電過程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4鉛蓄電池的充放電過程：放電充電3)優(yōu)缺點(diǎn)簡析缺點(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(jià)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……2、銀鋅蓄電池正極殼填充Ag2O和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液KOH。反應(yīng)式為：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

寫出電極反應(yīng)式。充電放電1970-1975,開發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983,為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國國家能源部發(fā)展電動(dòng)車用的鎳鋅電池。1998-1992,為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時(shí)，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-3、鎘鎳電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放電充電負(fù)極材料：Cd；正極材料：涂有NiO2，電解質(zhì)：KOH溶液。反應(yīng)式如下：寫出電極反應(yīng)式。特點(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。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-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(shí)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。(三)燃料電池氫氧燃料電池燃料電池優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，

對(duì)環(huán)境友好用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊負(fù)極:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正極:O2+2H2O＋4e-＝4OH-總反應(yīng)方程式：

2H2＋O2＝2H2O（-）Ni（多孔）KOH（溶液）NiO2(+）

燃料電池介質(zhì)電池反應(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+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-固體燃料電池介質(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反應(yīng)原理如下：

正極：O2+2CO2+4e-=2CO32-

負(fù)極：2H2+2CO32--4e–=2CO2+2H2O熔融鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽極構(gòu)成的燃料電池。其電解質(zhì)是熔融態(tài)碳酸鹽（在正極充入CO2氣作助燃劑,該電池放電的過程中CO2被循環(huán)使用）。

總反應(yīng)：O2

＋2H2=2H2O將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個(gè)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若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應(yīng)①氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；

②反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出；

③能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源。

缺點(diǎn)：體積較大、附屬設(shè)備較多

優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換率高、清潔、對(duì)環(huán)境好其它燃料電池：烴、肼、甲醇、氨、煤氣燃料燃料電池的規(guī)律燃料電池與前幾種電池的差別：

①燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極

②電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。（四）海水電池4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3[思考]指出該電池的正、負(fù)極材料、寫出正、負(fù)極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。負(fù)極：正極：總反應(yīng)：（Al）：4Al-12e-=4Al3+（石墨）3O2+6H2O+12e—=12OH—1991年我國首創(chuàng)的以鋁—空氣—海水組成的新型電池，可用于航標(biāo)燈中。書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1．電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的所有規(guī)則（如“拆”、“平”）；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(jià)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）；2．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)；課堂總結(jié)1、僅有一個(gè)電極材料參與反應(yīng)的原電池：

負(fù)極：M-xe=Mx+

正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2、兩個(gè)電極均參與反應(yīng)的原電池（如蓄電池，紐扣電池）①電極材料：金屬為負(fù)極，金屬化合物為正極．②電子得失均由兩電極本身發(fā)生．③電極反應(yīng)需考慮電解質(zhì)溶液的參與．

3、電極材料本身均不參與反應(yīng)的電池（燃料電池）①兩電極材料均為惰性電極．②負(fù)極－可燃性氣體失電子，正極－助燃性氣體得電子．③電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液．1、電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)明是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，下列有關(guān)電池的敘述不正確的是(

)

A．手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池

B．甲醇燃料電池中甲醇參與正極反應(yīng)

C．堿性鋅錳電池中，鋅電極是負(fù)極

D．太陽能電池的主要材料是高純度的硅B課堂練習(xí)2、關(guān)于鉛蓄電池放電時(shí)的說法正確的（）

A．電