化學(xué)電源2.ppt

第二節(jié)化學(xué)電源 目標(biāo) 1 了解常見的化學(xué)電源的種類和工作原理 知道它們生產(chǎn) 生活與國防中的實際應(yīng)用 2 會寫常見化學(xué)電源的電極反應(yīng)式 重點 化學(xué)電源的工作原理 難點 電極方程式的書寫 發(fā)明電池的故事 伏特是意大利帕維亞大學(xué)的研究電學(xué)的物理學(xué)家 有一天 伏特看了一位名叫加伐尼的解剖學(xué)家的一篇論文 說動物肌肉里貯存著電 可以用金屬接觸肌肉把電引出來 看了這篇論文 伏特非常興奮 便決定親自來做這個實驗 他用許多只活青蛙反復(fù)實驗 終于發(fā)現(xiàn) 實際情況并不像加伐尼所說的那樣 而是兩種不同的金屬接觸產(chǎn)生的電流 才使蛙腿的肌肉充電而收縮 為了證明自己的發(fā)現(xiàn)是正確的 伏特決定更深入地了解電的來源 為了紀(jì)念他的貢獻 人們把電壓的計量單位叫做伏特 簡稱伏 符號V 比如我們手電筒里的電池的電壓是1 5伏特 我們家里的電燈的電壓是220伏特 1 一次電池 干電池 活性物質(zhì)消耗到一定程度 就不能使用 2 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 3 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 化學(xué)電池的分類 衡量電池優(yōu)劣的指標(biāo) a 比能量 電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少 符號 A h kg A h Lb 比功率 電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小 符號W kg W Lc 儲存時間 電池的儲存時間的長短 1 普通鋅錳干電池 活性物質(zhì)為NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì) 還填有MnO2和炭黑 電極反應(yīng)式 負(fù)極 Zn 2e Zn2 正極 2NH4 2e 2MnO2 Mn2O3 2NH3 H2O總反應(yīng)Zn 2NH4 2MnO2 Zn2 Mn2O3 2NH3 H2O2 堿性鋅錳干電池 活性物質(zhì)為KOH和淀粉糊作電解質(zhì) 還填有MnO2和炭黑 電極反應(yīng)式 負(fù)極 Zn 2e 2OH Zn OH 2正極 2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 總反應(yīng) Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 一次電池 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 更適合使用者的需要 3 高能電池 1 AgZn電池 負(fù)極為Zn 正極為Ag2O 電解質(zhì) KOH 特點 比能量大 電壓穩(wěn)定 儲存時間長 適宜小電流連續(xù)放電 便攜等優(yōu)點 電極反應(yīng) 正極 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 負(fù)極 Zn 2OH 2e ZnO H2O 電池反應(yīng) Zn Ag2O ZnO 2Ag 2 Li電池 負(fù)極 Li 正極可以是 CuO FeS2 MnO2 C等 無機溶劑亞硫酰氯 SOCl2 在炭極上發(fā)生還原反應(yīng) 電解液是由四氯鋁化鋰 LiAlCl4 溶解于亞硫酰氯中組成 它的總反應(yīng)是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應(yīng) 生成氯化鋰 亞硫酸鋰和硫 8Li 8e 8Li 3SOCl2 8e 6Cl 2S SO32 總反應(yīng) 8Li 3SOCl2 6LiCl Li2SO3 2S 鉛蓄電池 其電池反應(yīng)可以正向和逆向進行 蓄電池放電時為自發(fā)電池 充電時為電解池 充電后電池容量得到恢復(fù) 充放電次數(shù)可達(dá)千百次 1 放電時電極反應(yīng)式 負(fù)極 Pb SO42 2e PbSO4正極 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O總反應(yīng) Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O2 充放電 可逆反應(yīng)式 充電時電極反應(yīng)式與放電時電極反應(yīng)式相反 所以可以把上述反應(yīng)寫成一個可逆反應(yīng)式 Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 2H2O 二次電池 電池特點 比能量高 電壓高 儲存時間長 工作溫度寬等優(yōu)點 p76表1 1 1 氫氧燃料電池 一種高效低污染的新型電池 A 酸性條件下工作原理 正極 O2 4H 4e 2H2O 負(fù)極 2H2 4e 4H 總 電池 反應(yīng) 2H2 O2 2H2OB 堿性條件下工作原理 正極 O2 2H2O 4e 4OH 負(fù)極 2H2 4OH 4e 4H2O總 電池 反應(yīng) 2H2 O2 2H2O 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 清潔 能量轉(zhuǎn)換率高的特點 燃料電池 2 其它燃料電池 是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極 又在兩極上分別通甲烷 或其它烴燃料 和氧氣 氧化劑 電極反應(yīng)式為 負(fù)極 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 正極 4H2O 2O2 8e 8OH 電池反應(yīng)為 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 負(fù)極 Al 3e Al3 正極 2H2O O2 4e 4OH 電池總反應(yīng)式為 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 3 鋁 空氣燃料電池 已研制成功并已推廣使用的鋁 空氣燃料電池 它的優(yōu)點是 體積小 能量大 使用方便 不污染環(huán)境 耗能少 這種電池可代替汽油作為汽車的動力 還能用于收音機 照明電源 野營炊具 野外作業(yè)工具等 1 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 放電時該裝置作為原電池 氫元素由0價升高為 1價 H2是負(fù)極 H原子失電子變成H 離子 負(fù)極周圍溶液的pH不斷減小 鎳元素由 3價降低為 2價 鎳元素被還原 因此A B不正確 充電時該裝置作為電解池 氫元素由 1價降低為0價 氫元素被還原 C D正確 練習(xí) 2 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(fù)極 Pb SO42 2e PbSO4正極 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O今若制得Cl20 050mol 這時電池內(nèi)消耗n H2SO4 至少是 A 0 025molB 0 050molC 0 10molD 0 20mol 鉛蓄電池的總反應(yīng)式為 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 電解NaCl飽和溶液時 電路上有2mol電子通過時消耗2mol的H2SO4 此時在陽極應(yīng)產(chǎn)生1molCl2 若要制得0 050molCl2 需消耗H2SO4為0 10mol 即C正確 3 2000年全國高考理綜題 熔融鹽燃料電池具有高的發(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的混合氣體為陰極助燃?xì)?制得在650 下工作的燃料電池 完成有關(guān)的電池反應(yīng)式 陽極反應(yīng)式 2CO 2CO32 4e 4CO2陰極反應(yīng)式 電池總反應(yīng)式 解析 作為燃料電池 總的效果就是把燃料進行燃燒 本題中CO為還原劑 空氣中O2為氧化劑 電池總反應(yīng)式為 2CO O2 2CO2 用總反應(yīng)式減去電池負(fù)極 即題目指的陽極 反應(yīng)式 就可得到電池正極 即題目指的陰極 反應(yīng)式 O2 2CO2 4e 2CO32 O2 2CO2 4e 2CO32 2CO O2 2CO2 解析 KOH電解液 總反應(yīng) 負(fù)極反應(yīng) 得正極反應(yīng) 2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq 電子由Zn負(fù)極通過外電路到正極 1molZn失2mol電子 外電路中每通過O 2mol電子 Zn的質(zhì)量理論上減小6 5g 故答案為C項 4 2004年江蘇高考化學(xué)題 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