化學(xué)電源課件

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池第2課時(shí)化學(xué)電源

教材引言P2學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)交流討論了解一次電池、二次電池和燃料電池的基本構(gòu)造,學(xué)會(huì)書(shū)寫(xiě)常見(jiàn)的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)。2.通過(guò)相關(guān)的信息分析了解化學(xué)電源的工作原理,初步建立化學(xué)電源工作原理的認(rèn)知模型。3.通過(guò)學(xué)習(xí)各類電池的實(shí)際應(yīng)用,感受化學(xué)給人類帶來(lái)的進(jìn)步和文明,通過(guò)了解廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害,樹(shù)立環(huán)保意識(shí)。電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):①比能量指電池單位質(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電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。一次電池二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池H2、甲烷、丁烷、甲醇、肼于酸性、堿性、熔融氧化物及碳酸鹽介質(zhì)中鋰離子電池鎳氫電池普通鋅錳干電池鋅銀紐扣電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置太陽(yáng)能電池原子能電池將太陽(yáng)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(guò)熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置化學(xué)電池電池構(gòu)造組成優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用正極負(fù)極總反應(yīng)電極方程式書(shū)寫(xiě)方法的滲透鋰金屬電池三步法1.列物質(zhì)，找升降2.看介質(zhì)，配電荷3.巧用水（或其他），配原子電池的分類普通鋅錳電池鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和H2O等1.普通干電池Zn－2e-＝Zn2＋優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。

缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。

(又叫干電池：電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng))電池中的反應(yīng)物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)進(jìn)行放電，逐漸被消耗后就不能繼續(xù)使用。(2)組成:

Zn/NH4Cl糊狀物/MnO2和C(1)構(gòu)造:2NH4＋＋2e-＝2NH3↑＋＋H2↑;NH3被ZnCl2吸收：2NH3＋ZnCl2＝Zn(NH3)2Cl2

H2被MnO2吸收：H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O一、一次電池負(fù)極:正極:總反應(yīng)：(3)工作原理:Zn+2MnO2+2NH4Cl===Mn2O3+Zn(NH3)2Cl2+H2O分析普通鋅錳干電池長(zhǎng)期占據(jù)市場(chǎng)和現(xiàn)在逐漸被替代的可能原因。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：會(huì)發(fā)生自放電。放置不同時(shí)間后的普通鋅錳干電池一次電池鋅錳干電池即使不用，放置過(guò)久，也可能會(huì)漏液失效，這是為什么？在使用和保存時(shí)又應(yīng)該注意哪些方面？鋅錳電池在使用和放置過(guò)程中，鋅會(huì)溶解，鋅筒會(huì)逐漸變薄，內(nèi)部糊狀電解質(zhì)會(huì)泄漏出來(lái)，使電器腐蝕，長(zhǎng)時(shí)間不用，應(yīng)從電器中取出，密封儲(chǔ)存于低溫干燥處。為了防止泄露，外殼套上防腐金屬或塑料筒，制成防漏電池2.堿性鋅錳電池(2)組成:Zn/KOH（aq）/MnO2負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-氫氧化氧錳堿性鋅錳電池構(gòu)造示意圖優(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

(電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍,不會(huì)氣漲或漏液)缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴(1)構(gòu)造:(3)工作原理:Zn+2MnO2+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)2堿性電池

一次電池總反應(yīng):3.銀鋅電池（紐扣式電池)(3)工作原理:負(fù)極:正極:總反應(yīng)式:優(yōu)點(diǎn)：比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，適宜小電流連續(xù)放電。廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2(1)構(gòu)造:(2)組成:

Zn/KOH（aq）/Ag2O一次電池優(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。

2.二次電池(又叫充電電池、蓄電池，放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用)1.鉛酸蓄電池(1)構(gòu)造：鉛蓄電池的構(gòu)造缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境(2)組成:Pb/30%H2SO4溶液/PbO2二、二次電池(3)工作原理:總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

Pb-2e-+SO42-=PbSO4

正極：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)負(fù)極：①放電過(guò)程:鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過(guò)程②充電過(guò)程：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

還原反應(yīng)陰極(接負(fù)極)：陽(yáng)極(接正極)：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-

氧化反應(yīng)總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4充放電過(guò)程：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電正接正作陽(yáng)極，負(fù)接負(fù)陰極可逆反應(yīng)？放電：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能充電：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能~2轉(zhuǎn)e-

思考1:鉛酸蓄電池在放電一段時(shí)間后,正極、負(fù)極的質(zhì)量將如何變化?溶液的pH變化？

鉛酸蓄電池放電時(shí),正極部分PbO2變?yōu)镻bSO4,質(zhì)量

;

負(fù)極部分Pb變?yōu)镻bSO4,質(zhì)量

。

電解質(zhì)溶液的pH

。思考2:當(dāng)向外提供0.5mol電子時(shí)，消耗硫酸的物質(zhì)的量為

0.5mol變大變大升高正負(fù)極質(zhì)量都增大Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電~2轉(zhuǎn)e-2.鋰離子電池總反應(yīng)：正極：

負(fù)極：

放電LixC6+Li1-xCoO2LiCoO2＋6C放電充電負(fù)極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6

)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)電解液：鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液LixC6

－xe－＝6C+xLi+Li1-xCoO2+xe-+xLi?＝LiCoO2放電時(shí)，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時(shí)，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時(shí)，鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極之間完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。二次電池

兩種不同類型的鋰電池(1)鋰金屬電池鋰電池分為鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池的負(fù)極材料是金屬鋰或鋰合金，工作時(shí)金屬鋰失去電子被氧化為L(zhǎng)i＋。由于單質(zhì)鋰是活潑金屬，易與空氣中的H2O、O2反應(yīng)，所以必須在無(wú)水、無(wú)氧的條件下組裝鋰金屬電池。(2)鋰離子電池鋰離子電池的正極材料一般為含Li＋的化合物，目前已商業(yè)化的正極材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。放電時(shí)：①負(fù)極區(qū)域，LixC6失去電子形成碳單質(zhì)。②正極區(qū)域過(guò)渡區(qū)域金屬元素化合價(jià)降低，得到電子1.定義：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.可供選擇的燃料很多，如:氫氣、烴類、肼（N2H4）、甲醇、氨、煤氣等液態(tài)或氣態(tài)的燃料。2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：電極本身只是催化轉(zhuǎn)化元件，不參與反應(yīng)

，但具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等；反應(yīng)物（燃料和氧化劑）不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，由外部連續(xù)供給；產(chǎn)物不斷排出。3.優(yōu)點(diǎn)：能連續(xù)不斷的提供電能。能量轉(zhuǎn)換率高(超過(guò)80%，普通的只有30%)，

有利于節(jié)約能源，排放的廢棄物少甚至零排放，綠色環(huán)保。4、缺點(diǎn)：體積較大、附屬設(shè)備較多

三、燃料電池1.氫氧燃料電池：一種高效低污染的新型電池。

正極:O2+4H++4e-＝2H2O;正極:O2+2H2O+4e-＝4OH-;負(fù)極:2H2+4OH-

-4e-＝4H2O總(電池)反應(yīng)：2H2+O2＝2H2OB.堿性條件下工作原理：總(電池)反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O（注意：條件不用點(diǎn)燃）A.酸性條件下工作原理：燃料電池氫氧燃料電池在四種常見(jiàn)介質(zhì)中的電極反應(yīng)總結(jié)燃料電池O2一律在正極，O2（1mol）一律4e-（特例：產(chǎn)物為H2O2是2e-）電解質(zhì)溶液:H2SO4溶液正極:3O2+12e-+12H+===6H2O負(fù)極:2CH3OH-12e-

+2H2O===2CO2

+12H+總反應(yīng):2CH3OH+3O2===

2CO2+4H2O電解質(zhì)溶液:KOH溶液正極:O2+2H2O+4e-===4OH-負(fù)極:N2H4+4OH--4e-===N2↑+4H2O總反應(yīng):N2H4+O2===N2+2H2O3.酸性甲醇燃料電池燃料電池4.堿性肼燃料電池2.堿性甲烷燃料電池電解質(zhì)溶液:KOH溶液正極:2O2+4H2O+8e-===8OH-負(fù)極:CH4-8e-

+10OH-===

CO32-

+7H2O總反應(yīng):CH4+2O2

+2OH-===

CO32-+3H2O酸性產(chǎn)物：CO2

堿性產(chǎn)物：CO32-產(chǎn)物無(wú)毒無(wú)害該電池中導(dǎo)電離子是氧化物中的O2－。該電池中導(dǎo)電離子是碳酸鹽中的CO32-。總反應(yīng)：CH4＋2O2===CO2＋2H2O可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),以熔融金屬氧化物為介質(zhì)，高溫下能傳導(dǎo)O2-5.丁烷-固體氧化物燃料電池6.CH4-熔融碳酸鹽燃料電池C4H10e-e-e-D1.產(chǎn)物無(wú)毒無(wú)害例2．如圖為一種微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，敘述正確的是()A．分子組成為Cm(H2O)n的物質(zhì)一定是糖類B．微生物所在電極區(qū)放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)C．放電過(guò)程中，H＋從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)D．正極反應(yīng)式為MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2O例3．酒駕行為危害社會(huì)安全，交警部門(mén)常用酸性燃料電池酒精檢測(cè)儀對(duì)此進(jìn)行檢測(cè)。該檢測(cè)儀的工作原理如圖所示，下列說(shuō)法正確的是A．電子從呼氣的

電極透過(guò)質(zhì)子交換膜，

流向