化學(xué)：第四章第二節(jié)《化學(xué)電源》原創(chuàng)課件(人教版選修4)

1、第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源人教版選修人教版選修4 4 化學(xué)反應(yīng)原理化學(xué)反應(yīng)原理電極材料電子流向反應(yīng)類型組 成 負(fù) 極 正 極 電解質(zhì)相對(duì)活潑相對(duì)活潑的金屬的金屬流出電子流出電子氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)酸酸、堿、堿或鹽的或鹽的溶液溶液相對(duì)不活潑的相對(duì)不活潑的金屬金屬（或能導(dǎo)（或能導(dǎo)電的非金屬）電的非金屬）流入電子流入電子還原反應(yīng)還原反應(yīng)原電池的組成原電池的組成 問題討論1、通過日常生活的學(xué)習(xí)，你知道哪些電池？、通過日常生活的學(xué)習(xí)，你知道哪些電池？ 其中哪些屬于化學(xué)電池？其中哪些屬于化學(xué)電池？2、化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？、化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？3

2、、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？4、目前化學(xué)電池主要分為哪幾大類？產(chǎn)生電、目前化學(xué)電池主要分為哪幾大類？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？各自有什么特點(diǎn)？能的基本原理是什么？各自有什么特點(diǎn)？鋰電池鋰電池干電池干電池疊層電池疊層電池紐扣電池紐扣電池各各類類電電池池1：各類電池：各類電池2、化學(xué)電池、化學(xué)電池1)概念概念: 將化學(xué)能變成電能的裝置將化學(xué)能變成電能的裝置2)分類分類:一次電池又稱不可充電電池或干電一次電池又稱不可充電電池或干電池池二次電池又稱充電電池或蓄電池二次電池又稱充電電池或蓄電池燃料電池燃料電池3)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠能量轉(zhuǎn)換效率高，供

3、能穩(wěn)定可靠可以制成各種形狀和大小、不同容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，使用方便量和電壓的電池和電池組，使用方便易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):比能量比能量單位：?jiǎn)挝唬?wh/kg)(wh/kg)，(wh/L)(wh/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少的多少比功率比功率單位單位：（：（W/kgW/kg，W/L)W/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小的大小.電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短除特殊情況外，

4、質(zhì)量輕、體積小而輸出電能除特殊情況外，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。多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。1、堿性鋅、堿性鋅-錳干電池錳干電池負(fù)極負(fù)極-Zn-Zn正極正極MnOMnO2 2電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOHZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)？該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)？堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)： 電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間比干電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間比干電池增大幾倍，不會(huì)氣漲或漏液。電池增

5、大幾倍，不會(huì)氣漲或漏液。( (一一) )一次電池一次電池鈕扣電池鈕扣電池：不銹鋼制成一個(gè)由正極：不銹鋼制成一個(gè)由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端填充由正極一端填充由AgAg2 2O O和少量石墨組和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃質(zhì)溶液為濃KOHKOH溶液，已知電池內(nèi)溶液，已知電池內(nèi)ZnZn的氧化產(chǎn)物為的氧化產(chǎn)物為Zn(OH)Zn(OH)2 22、銀、銀-鋅電池鋅電池負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+ 2OHZn+ 2OH- - -2e

6、 -2e- - =ZnO+H =ZnO+H2 2O O Ag2O +H2O +2e- - =2Ag +2OH- Ag2O + Zn +H2O=Zn(OH)2 + 2Ag鉛蓄電池、鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池池3、鉛蓄電池、鉛蓄電池1)正負(fù)極材料正負(fù)極材料正極：正極：PbO2負(fù)極：負(fù)極：Pb2)工作機(jī)制工作機(jī)制電解質(zhì)：電解質(zhì)：H2SO4溶液溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應(yīng)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)過程分為放電和充電兩個(gè)過程( (二二) )二次電池二次電池放電過程總反應(yīng)：放電過程總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H

7、2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正極：正極：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)負(fù)極：負(fù)極：放電過程放電過程鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程逆過程充電過程充電過程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)陰極：陰極：陽(yáng)極：陽(yáng)極：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) +4 H+(aq) + SO

8、42-(aq) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源負(fù)極接電源正極接電源正極充電過程總反應(yīng)：充電過程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)放電放電充電充電3)優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉價(jià)格低廉其它二次電池其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、

9、聚合物鋰鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池離子蓄電池大有發(fā)展前景的燃料電池大有發(fā)展前景的燃料電池 燃料電池燃料電池是利用是利用氫氣、天然氣、甲醇?xì)錃?、天然氣、甲醇等燃等燃料與料與氧氣或空氣氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來的進(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。目前化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近80%80%，約為火力發(fā)，約為火力發(fā)電的電的2 2倍倍。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的多。燃料電池的噪聲噪聲及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染

10、都接近零廢氣污染都接近零；燃料電池發(fā)明于燃料電池發(fā)明于1919世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代才開始進(jìn)入年代才開始進(jìn)入實(shí)用階段。第一代燃料電池的實(shí)用階段。第一代燃料電池的 大致情況如下：大致情況如下： ( (三三) )燃料電池燃料電池4、燃料電池、燃料電池負(fù)極負(fù)極H H2 2：正極正極O O2 2：總反應(yīng)：總反應(yīng)： O O2+2+2H2 =2H2O氫氧燃料電池是一種新型的氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個(gè)電極均由多孔性碳制成，兩個(gè)電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并通入的氣體

11、由孔隙逸出，并在電極表面放電。在電極表面放電。堿性介質(zhì)堿性介質(zhì)2H2+4OH- -4e- =4H2O O2+2H2O +4e- =4OH- 燃燃 料料 電電 池池介質(zhì)電池反應(yīng)： 2H2 + = 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- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-燃料電池的規(guī)律燃料電池的規(guī)律燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起電極材料一般

12、不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。傳導(dǎo)電子的作用。能量轉(zhuǎn)化率高能量轉(zhuǎn)化率高(超過超過80%)，普通的只，普通的只有有30%，有利于節(jié)約能源。，有利于節(jié)約能源。燃料電池與前幾種電池的差別：燃料電池與前幾種電池的差別：氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對(duì)環(huán)境友好對(duì)環(huán)境友好 用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1 1電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的所

13、有規(guī)則（如子反應(yīng)的所有規(guī)則（如“拆拆”“”“平平”）；）；3 3負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子負(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)（如所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如4 4價(jià)的價(jià)的C C在在酸性溶液中酸性溶液中以以COCO2 2形式存在，在形式存在，在堿性溶液中堿性溶液中以以COCO3 32 2形式存在）；形式存在）；2 2將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加將兩極反應(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)；另一極反應(yīng)；電池的發(fā)展方向電池的發(fā)展方向 光電池使用方便光電池使用方便, ,特別是近

14、年來特別是近年來 微小型半導(dǎo)體逆變微小型半導(dǎo)體逆變器迅速發(fā)展器迅速發(fā)展, ,促使其應(yīng)用更加快捷促使其應(yīng)用更加快捷. .美美, ,日日, ,歐和發(fā)展歐和發(fā)展中國(guó)家都制定出龐大的中國(guó)家都制定出龐大的 光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)劃光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)劃, ,開發(fā)方開發(fā)方向是大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性向是大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性, ,降低成降低成本本, ,不斷擴(kuò)大產(chǎn)不斷擴(kuò)大產(chǎn) 業(yè)業(yè). .目前目前 已有已有8080多個(gè)國(guó)家和多個(gè)國(guó)家和1616, , 市場(chǎng)開拓從市場(chǎng)開拓從 空間轉(zhuǎn)向地空間轉(zhuǎn)向地 面系統(tǒng)應(yīng)用。面系統(tǒng)應(yīng)用。減減 少少 污污 染染節(jié)節(jié) 約約 資資 源源將鉑絲插入將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個(gè)

15、電溶液作電極，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，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，作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實(shí)質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為通入甲烷的一極為_，這一極的電極反應(yīng)，這一極的電極反應(yīng)為為_ _；通入氧氣的；通入氧氣的一極為一極為_，電極反應(yīng)為，電極反應(yīng)為_， 總反應(yīng)為總反應(yīng)為_。負(fù)極負(fù)極CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正極正極O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O1.若將氫氣換成甲烷，若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應(yīng)寫出各電極的電極反應(yīng)2、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效