选修第四章第二节化学电源.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,选修第四章第二节化学电源文档ppt,1,、概念,:,将化学能变成电能的装置,2,、分类,:,一次电池又称不可充电电池如：干电池,二次电池又称充电电池蓄电池,燃料电池,3,、优点,:,能量转换效率高，供能稳定可靠。,可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。,易维护，可在各种环境下工作。,化学电池,4,、电池优劣的判断标准,:,比能量,符号,(,W,h/kg),，,(,W,h/L),指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,比功率,符号是,W/kg,，,W/L),指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小,电池的储存时间的长短,叠层电池,纽扣电池,各类电池,各类电池,锂电池,干电池,空气电池,小型高性能燃料电池,1,、干电池,(,普通锌锰电池）,干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充,NH,4,Cl,、,ZnCl,2,和淀粉作电解质溶液，还,填充,MnO,2,的黑色粉末吸收正极放出的,H,2,，防止产生极化现象。,一、一次电池,干电池,负极（锌筒）：,Zn,-,2e,-,Zn,2+,正极（石墨棒）：,2NH,4,+,+2e,-,2NH,3,+H,2,H,2,+2MnO,2,Mn,2,O,3,+H,2,O,Zn,2+,+4NH,3,Zn(NH,3,),4,2+,总反应：,2Zn+4MnO,2,+4NH,4,Cl,=Zn(NH,3,),4,Cl,2,+2Mn,2,O,3,+ZnCl,2,+2H,2,O,（,-,）,Zn|NH,4,Cl|C,（,+,）,7,O2+4H+4e-=2H2O,正极：。,O2+4H+4e-=2H2O,1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：,2PbSO4(s)+2H2O(l),2H2-4e-=4H+,巩 固 练 习,2PbSO4(s)+2H2O(l),负极反应式：2CO2CO32-=4CO24e,1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：,Ag2S），为了除去银器表面Ag2S，可采用如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程,电极材料：金属为负极，金属化合物为正极,金属氢化物镍电池与镉镍电池有相同的工作电压(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合金储氢材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成为一种绿色环保电池。,一次电池又称不可充电电池如：干电池,电池的总反应是：2C4H1013O2-8CO210H2O,2,、碱性锌,-,锰干电池,|,KOH,|,负极：,(,-,),Zn,Zn-2e,-,+2OH,-,=Zn(OH),2,正极：,2MnO,2,+2H,2,O+2e,-,=2MnOOH+2OH,-,缺点：,多数只能一次使用，不能充电；价格较贵,优点：,比能量和储存时间有所提高，适用于大电流,和连续放电,电池总反应：,Zn+2MnO,2,+2H,2,O=2MnOOH+Zn(OH),2,(,+,),MnO,2,3.,锌银钮扣电池,正极：,Ag,2,O+H,2,O+,2e,-,=2Ag+2OH,负极：,Zn+2OH,-2e,-,=ZnO+H,2,O,总反应：,Zn+Ag,2,O=ZnO+2Ag,Zn,|,KOH,|,Ag,2,O,4,、锂电池,锂亚硫酰氯电池,(Li-SOCl,2,),：,8Li+3SOCl,2,=6LiCl+Li,2,SO,3,+2S,负极：,；,正极：,。,用途：质轻、高能,(,比能量高,),、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。,8Li-8e,-,=8Li,+,3SOCl,2,+8e,-,=6Cl,-,+SO,3,2-,+2S,铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,1.,铅蓄电池,(1),正负极材料,正极：,PbO,2,负极：,Pb,(2),工作机制,电解质：,H,2,SO,4,溶液,铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程,二、二次电池,放电过程总反应：,Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,=2PbSO,4,(s)+2H,2,O,Pb(s)+SO,4,2-,-2e,-,=PbSO,4,(s),正极：,PbO,2,(s)+4H,+,+SO,4,2-,+2e,-,=PbSO,4,(s),+2H,2,O,氧化反应,还原反应,负极：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的,逆过程,Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),充电过程,PbSO,4,(s)+2e,-,=Pb(s)+SO,4,2-,还原反应,阴极：,阳极：,PbSO,4,(s)+2H,2,O-2e,-,=PbO,2,(s)+4H,+,+SO,4,2-,氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l)=Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,铅蓄电池的充放电过程：,放电,充电,(3),优缺点简析,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,其它二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,2,、银锌蓄电池,1970-1975,开发了先进的银锌、,镍镉电池技术。,1975-1983,为 海军生产,潜水艇用银锌电池。,1979-1987,为 国家能源部发展电动车用的镍锌电池。,1998-1992,为 海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。,2,、银锌蓄电池,反应式为：,Zn+Ag,2,O+H,2,O 2Ag+Zn(OH),2,写出电极反应式。,放电,充电,正极壳填充,Ag,2,O,和石墨，,负极盖填充锌汞合金，,电解质溶液,KOH,。,银,-,锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：,2Ag+Zn(OH),2,Ag,2,O+Zn+H,2,O,放电,充电,此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）,A.Ag B.Zn(OH),22,D,电极反应：,负极：,Zn-2e,-,+2OH,-,=Zn(OH),2,正极：,Ag,2,O+2e,-,+H,2,O=2Ag+2OH,-,3,、镉镍电池,NiO,2,+Cd+2H,2,O Ni(OH),2,+Cd(OH),2,放,电,充电,负极材料：,Cd,；,正极材料：,涂有,NiO,2,，,电解质：,KOH,溶液。,反应式如下：,写出电极反应式。,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,镍,镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH)+2H,2,O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH),2,+2Ni(OH),2,放电,充电,A.Cd,（,A,）,B.,NiO(OH),D.Ni(OH),2,C.Cd(OH),2,电极反应：,负极：,Cd-2e,-,+2OH,-,=Cd(OH),2,正极：,2NiO(OH)+2e,-,+2H,2,O=2Ni(OH),2,+2OH,-,大有发展前景的燃料电池,燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与,氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接,转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化,率可达近,80%,，约为火力发电的,2,倍。这是因为火力发,电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、,氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于,19,世,纪,30,年代末，经反复试验、改进，到,20,世纪,60,年代才,开始进入实用阶段。,三、,燃料电池,1,、燃料电池特点,燃料、氧化剂：外部供给,电极：不包含活性物质，只是一个催化转化元件,2,、燃料电池优点：,绿色、高效、节能，可连续使用。,氢氧燃料电池,由此可知，该电池的负极材料是,1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：,此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）,2H2-4e-+2O2=2H2O,总反应：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag,燃料电池的噪声及硫氧化物、,4、电池优劣的判断标准:,3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）,缺点：多数只能一次使用，不能充电；,书写电极反应式应注意以下几点：,下列对该燃料电池说法正确的是 (),和连续放电,巩 固 练 习,电子得失均由两电极本身发生,C4H1026e-13O2-4CO25H2O,1、在含有H2S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了,（-）Zn|NH4Cl|C（+）,电池的总反应是：2C4H1013O2-8CO210H2O,O2+4H+4e-=2H2O,3,、氢氧燃料电池,（,1,）构造特点：,（,2,）电池反应,酸性电解质,总反应：,负极：,正极：,负极,:2H,2,+4OH,-,4e,-,4H,2,O,正极,:O,2,+2H,2,O,4e,-,4OH,-,总反应方程式：,2H,2,O,2,2H,2,O,练习,1,：氢氧燃料电池（碱性电解质）,负极,:,正极,:,总反应方程式：,练习,2,：甲醇燃料电池,酸性电解质 碱性电解质,负极,:,正极,:,总反应方程式：,练习,3,：乙烷燃料电池,酸性电解质 碱性电解质,4,、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用,Li,2,CO,3,和,Na,2,CO,3,的熔融盐混合物作电解质，,CO,为阳极燃气，空气与,CO,2,的混合气为阴极助燃气，制得在,650,下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：,负极反应式：,2CO,2CO,3,2-,=4CO,2,4e,正极反应式：,。,总电池反应式：,。,5,、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇,(Y,2,O,3,),的氧化锆,(ZrO,2,),晶体，在熔融状态下能传导,O,2-,。下列对该燃料电池说法正确的是,(),A.,在熔融电解质中，,O,2-,由负极移向正极,B.,电池的总反应是：,2C,4,H,10,13O,2-,8CO,2,10H,2,O,C.,通入空气的一极是正极，电极反应为,:O,2,4e,-,2O,2-,D.,通入丁烷的一极是正极，电极反应为：,C,4,H,10,26e,-,13O,2-,4CO,2,5H,2,O,燃 料 电 池,介质,电池反应,：,2H,2,+,=2H,2,O,酸性,负极,正极,中性,负极,正极,碱性,负极,正极,2H,2,-4e,-,=4H,+,O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,2H,2,-4e,-,=4H,+,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,2H,2,+4OH,-,-4e,-,=4H,2,O,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,固体燃料电池,介质,电池反应：,2H,2,+,=2H,2,O,负极,正极,负极,正极,2H,2,-4e,-,+2O,2,=2H,2,O,O,2,+4e,-,=2O,2,2H,2,-4e,-,=4H,+,O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,书写电极反应式应注意以下几点：,1,电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如,“,拆,”,、,“,平,”,）；,3,负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如,4,价的,C,在酸性溶液中以,CO,2,形式存在，在碱性溶液中以,CO,3,2,形式存在）；,2,将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；,用途广泛的电池,用于“神六”的太阳能电池,笔记本电脑专用电池,专用电池,摄像机专用电池,各式各样的纽扣电池,迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相同的工作电压,(12,伏,),，但由于采用了稀土合金或,TiNi,合金储氢材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成为一种绿色环保电池。锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧化物作 正极和有机电解质构成，其工作电压为,36,伏，因此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起 来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利用,P,N,结的光电效应，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。,绿色电池种种,电池的发展方向,光电池使用方便,特别是近年来 微小型半导体逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷,.,美,日,欧和发展中国家都制定出庞大的 光伏技术发展计划,开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩大产 业,.,目前已有,80,多个,国家和地区形成,商业化,半商业化,生产能力,市场开,拓从 空间转向地,面系统应用。,课堂总结,1,、仅有一个电极材料参与反应的原电池：,负极：,M-xe=M,x+,正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属,2,、两个电极均参与反应的原电池,（如蓄电池，纽扣电池）,电极材料：金属为负极，金属化合物为正极,电子得失均由两电极本身发生,电极反应需考虑电解质溶液的参与,3,、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）,两电极材料均为惰性电极,负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得,电子,电极反应考虑电解质溶液,将铂丝插入,KOH,溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为,_,，这一极的电极反应为,_,；通入氧气的一极为,_,，电极反应为,_,，总反应为,_,_,。,负极,CH,4,-8e,-,+10OH,-,=CO,3,2-,+7H,2,O,正极,O,2,+4e,-,+2H,2,O=4OH,-,CH,4,+2O,2,+2KOH=K,2,CO,3,+3H,2,O,若将氢气换成甲烷，,写出各电极的电极反应,1,、在含有,H,2,S,气体的空气中，银器表面易变黑（生成了,Ag,2,S,），为了除去银器表面,Ag,2,S,，可采用如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程,巩 固 练 习,Al-3e,-,=Al,3+,Ag,2,S+2e,-,=2Ag+S,2-,2Al+3Ag,2,S+6H,2,O=6Ag+2Al(OH),3,+3H,2,S,2,、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用,Li,2,CO,3,和,Na,2,CO,3,的熔融盐混合物作电解质，,CO,为阳极燃气，空气与,CO,2,的混合气为阴极燃气，制得在,65,下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：,负极反应式：,2CO+2CO,3,2-,=4CO,2,+4e,正极反应式：,总反应式：,O,2,+4e,-,+2CO,2,=2CO,3,2-,2CO+O,2,=2CO,2,3.,锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为,Li+MnO,2,=LiMnO,2,下列说法正确的是（）,A,、,Li,是正极，电极反应为,Li,e,-,=Li,+,B,、,Li,是负极，电极反应为,Li,e,-,=Li,+,C,、,Li,是负极，电极反应为,MnO,2,+e,-,=MnO,2,D,、,Li,是负极，电极反应为,Li,2e,-,=Li,2+,B,