化學(xué)電源(課時(shí))

1、4 4 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)-2-3-一次電池、二次電池和燃料電池的反應(yīng)原理、性能一次電池、二次電池和燃料電池的反應(yīng)原理、性能及其應(yīng)用。及其應(yīng)用。1.1.了解一次電池、二次電池、燃料電池的基本構(gòu)造、了解一次電池、二次電池、燃料電池的基本構(gòu)造、反應(yīng)原理及應(yīng)用反應(yīng)原理及應(yīng)用 。2.2.常識性介紹日常生活中常用的化學(xué)電源常識性介紹日常生活中常用的化學(xué)電源，并能從并能從電極反應(yīng)的角度認(rèn)識常見電源的化學(xué)原理。電極反應(yīng)的角度認(rèn)識常見電源的化學(xué)原理。-4-請回顧原電池的相關(guān)知識并完成下表請回顧原電池的相關(guān)知識并完成下表:一個(gè)概念一個(gè)概念兩個(gè)電極兩個(gè)電極負(fù)極負(fù)極正極正極三個(gè)三個(gè)流向流向電子電子電流電流離子離子

2、四個(gè)條件四個(gè)條件將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 較活潑金屬較活潑金屬失電子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體得電子得電子發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)負(fù)極負(fù)極外電路外電路正極正極正極正極外電路外電路負(fù)極負(fù)極陽離子陽離子正極，陰離子正極，陰離子負(fù)極負(fù)極活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液閉合電路閉合電路自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)-5- 在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？其它應(yīng)用嗎？ 電池電池化學(xué)電池化學(xué)電池太陽能電池太陽能電池原子

3、能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將化學(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置能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置電池廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子電池廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品，在高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。產(chǎn)品，在高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。-6-1.1.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)？2.2.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？3.3.目前化學(xué)電池主要分為哪

4、幾大類？產(chǎn)生電能的基目前化學(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)？本原理是什么？各自有什么特點(diǎn)？一、化學(xué)電池簡介一、化學(xué)電池簡介-7-（1 1）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。（2 2）可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的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。電池和電池組，使用方便。（3 3）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。1.1.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)？-8-2.2.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？（1）比能量，

5、指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出）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。電能的多少。 單位是單位是(Wh)/kg，(Wh)/L（2）比功率，指電池單位質(zhì)量或單位體積所）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。能輸出功率的大小。單位是單位是W/kg，W/L)（3）電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長短。）電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長短。-9-（1 1）一次電池又稱不可充電電池一次電池又稱不可充電電池，如干電池如干電池。（2 2）二次電池又稱充電電池二次電池又稱充電電池，如，如蓄電池蓄電池。（3 3）燃料電池燃料電池，如氫氧燃料電池。，如氫氧燃料電池。3.3.目前化學(xué)電池主要分為哪幾大類？產(chǎn)生電

6、能的基目前化學(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)？本原理是什么？各自有什么特點(diǎn)？-10-1.1.堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：大電流、穩(wěn)定，比能量大、大電流、穩(wěn)定，比能量大、可儲(chǔ)存時(shí)間長，不會(huì)氣漲可儲(chǔ)存時(shí)間長，不會(huì)氣漲或漏液?；蚵┮?。電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2-11-1.1.堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電解質(zhì)：電解質(zhì)：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)22M

7、nO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-KOH-12-2.2.紐扣電池紐扣電池銀鋅電池銀鋅電池負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-Ag2O+Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比能量大、電壓穩(wěn)定、存比能量大、電壓穩(wěn)定、存儲(chǔ)時(shí)間長、低污染。儲(chǔ)時(shí)間長、低污染。用途：用途：廣泛用于電子手表、計(jì)廣泛用于電子手表、計(jì)算器等算器等-13-3.3.鋰電池鋰電池-14-鋰亞硫酰氯電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負(fù)極

8、：負(fù)極：正極：正極：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕、高能質(zhì)輕、高能( (比能量高比能量高) )、電壓、電壓高、工作溫度寬、可存儲(chǔ)時(shí)間長。高、工作溫度寬、可存儲(chǔ)時(shí)間長。用途：用途：廣泛應(yīng)用于軍事和空間領(lǐng)域。廣泛應(yīng)用于軍事和空間領(lǐng)域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S-15-原電池電極反應(yīng)方程式的書寫方法：原電池電極反應(yīng)方程式的書寫方法：(1)(1)明確正、負(fù)極；明確正、負(fù)極；(2)(2)根據(jù)電極反應(yīng)類型確定在電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)；根據(jù)電極反應(yīng)類型確定在電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)；(3)(3)結(jié)合電解液的成分利用結(jié)合電解液的成分利用“三個(gè)守恒三個(gè)守恒”( (電子守恒、電子守恒、電

9、荷守恒、原子守恒電荷守恒、原子守恒) )寫出寫出( (湊出湊出) )電極反應(yīng)方程式。電極反應(yīng)方程式。-16-1.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：Pb電解質(zhì)：電解質(zhì)：H2SO4溶液溶液(2)工作機(jī)制工作機(jī)制鉛蓄電池為典型的可充電電池，其工作原理分為鉛蓄電池為典型的可充電電池，其工作原理分為放電和充電兩個(gè)過程。放電和充電兩個(gè)過程。-17-放電過程總反應(yīng)：放電過程總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) =2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正極：正極：PbO2(s)+4H+(aq)

10、 +SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l) 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)的逆過程逆過程還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)-18-充電過程總反應(yīng)：充電過程總反應(yīng)：陽極：陽極：陰極：陰極：充電過程充電過程2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq) PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq) +SO42-(aq) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq

11、) 鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程：放電放電2PbSO4(s)+2H2O(l)充電充電放電放電充電充電放電放電充電充電還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)-19-(3)優(yōu)、缺點(diǎn)簡析優(yōu)、缺點(diǎn)簡析缺點(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、安全可可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉靠、價(jià)格低廉2.2.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、聚合物鋰離子鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池等蓄電池等-20-大有發(fā)展前景的燃料電池大有發(fā)展前景

12、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、甲醇等燃料與等燃料與氧氣或空氣氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來的化學(xué)能直接進(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。目前轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近率可達(dá)近80%80%，約為火力發(fā)電的，約為火力發(fā)電的2 2倍倍。這是因?yàn)榛鹆?。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的發(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲噪聲及硫氧化物、及硫氧化物、氮氧化物等氮氧化物等廢氣污染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世世紀(jì)紀(jì)3030年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改

13、進(jìn)，到年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代才開始進(jìn)入實(shí)用階段。才開始進(jìn)入實(shí)用階段。-21-能量轉(zhuǎn)化率高能量轉(zhuǎn)化率高(超過超過80%)，有利于節(jié)約能源。，有利于節(jié)約能源。1.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;-22-2.2.燃料電池簡介燃料電池簡介燃料作負(fù)極，助燃劑氧氣作正極燃料作負(fù)極，助燃劑氧氣作正極電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的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。作用。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對環(huán)境友好。能量轉(zhuǎn)化率

14、高，可持續(xù)使用，對環(huán)境友好。廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、電動(dòng)起初、航天飛廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、電動(dòng)起初、航天飛機(jī)等，應(yīng)用前景廣闊。機(jī)等，應(yīng)用前景廣闊。用途：用途：-23-負(fù)極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)正極反應(yīng)：總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：3.3.氫氧燃料電池氫氧燃料電池2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O(1)(1)酸性介質(zhì)酸性介質(zhì)O2+2H2=2H2O-24-負(fù)極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)正極反應(yīng)：總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：(2)(2)堿性介質(zhì)堿性介質(zhì)O2+2H2=2H2O2H2+4OH-4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-25-負(fù)極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)正極反應(yīng)：總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：(3)(3)

15、中性介質(zhì)中性介質(zhì)O2+2H2=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+-26-微型燃料電池（閱讀教材微型燃料電池（閱讀教材7878頁）頁）-27-1.將鉑絲插入將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個(gè)電極上分溶液作電極，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，通入甲烷的一極為上反應(yīng)的實(shí)質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為_，這一極，這一極的電極反應(yīng)為的電極反應(yīng)為_；通入氧；通入氧氣的一極為氣的一極為_，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+10OH-8e-=CO32-+7H2O正極正極O2+2H2O+4e-=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O-28-2.熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重