发展中的化学电源-.ppt

发展中的化学能源发展中的化学能源（第二课时）（第二课时）.原原 电电 池池 原原 理理A AZnZnCuCuSOSO4 42 2H H+H H+电极反应式：电极反应式：负极：负极：ZnZn片：片：Zn Zn 2e2e-=Zn=Zn2+2+（氧化反应）（氧化反应）正极：正极：CuCu片：片：2H2H+2e+2e-=H=H2 2 （还原反应）（还原反应）电极反应总式：电极反应总式：Zn+2HZn+2H+=Zn=Zn2+2+H+H2 2 .外电路：外电路：电子由负极流向正电子由负极流向正极，电流由正极流向负极极，电流由正极流向负极内电路：内电路：阴离子移向负极，阴离子移向负极，阳离阳离 子移向正极，电流由子移向正极，电流由负极流向正极负极流向正极e e电荷流向电流流向：电荷流向电流流向：负极负极正极正极.原电池电极名称的确定方法原电池电极名称的确定方法根据电极材料的性质确定。根据电极材料的性质确定。通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。化合物是正极。根据电极反应的本身确定。根据电极反应的本身确定。失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极负极得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极正极.根据电子或电流流动方向（外电路）：根据电子或电流流动方向（外电路）：电子从负极流出电子从负极流出 沿导线沿导线 流入正极流入正极电流从正极流出电流从正极流出 沿导线沿导线 流入负极流入负极e ee e根据离子的定向移动（内电路）根据离子的定向移动（内电路）阳离子向正极移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阴离子向负极移动.根据离子方程式判断根据离子方程式判断Fe+2HFe+2H+=Fe=Fe2+2+H+H2 2（负极）（负极）（在正极）（在正极）练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的反应可表示为：源，它的反应可表示为：AgAg2 2O+Zn+HO+Zn+H2 2O O 2Ag+2Zn(OH)2Ag+2Zn(OH)2 2请判断此电池中，负极上发生请判断此电池中，负极上发生反应的物质是（反应的物质是（）A.Ag B.Zn(OH)A.Ag B.Zn(OH)2 2 C.Ag C.Ag2 2O D.ZnO D.ZnD D.请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe+CuFe+Cu2+2+=Cu+Fe=Cu+Fe2+2+设计成一个原电池。设计成一个原电池。1、电解液：、电解液：。2、电极材、电极材料：料：正极正极 ，负极，负极 。3、电极反应式电极反应式：负极负极:.正极正极:.1 1、电解液：、电解液：硫酸铜、氯化铜、硝硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液酸铜等可溶性铜盐溶液 2 2、电极材料：、电极材料：负极：铁，负极：铁，正正极极：铜铜、石石墨墨或或比比铁不活泼的其他金属铁不活泼的其他金属 拓拓 展：展：Fe 2e-=Fe 2+Cu2+2e-=Cu .思思 考考 题题请根据反应请根据反应 2Fe2Fe3+3+Fe+Fe =3 Fe =3 Fe 2+2+设计原电池，你有哪些可行方案设计原电池，你有哪些可行方案?Fe-Cu FeClFe-Cu FeCl3 3Fe-C Fe(NOFe-C Fe(NO3 3)3 3Fe-Ag Fe(SOFe-Ag Fe(SO4 4)3 3.ABCEFMN1.1.下列哪几个装置能形成原电池？下列哪几个装置能形成原电池？OVXVVXXXV.2.2.把把a a、b b、c c、d d四块金属片浸入稀硫酸中，用导四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若线两两相连组成原电池。若a a、b b相连时，相连时，a a为负极；为负极；c c、d d相连时，电流由相连时，电流由d d到到c c；a a、c c相连时，相连时，c c极上产极上产生大量气泡，生大量气泡，b b、d d相连时，相连时，b b上有大量气泡产生，上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ()()A Aa b c d Ba b c d Ba c d b a c d b C Cc a b.d Dc a b.d Db d c a b d c a B B.3 3、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入心的向烧杯中央滴入CuSOCuSO4 4溶液，片刻后可观溶液，片刻后可观察到的现象是察到的现象是(D D)A.A.铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B.B.保持平衡状态保持平衡状态C.C.铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D.D.银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜.锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池一，常见的各类电池一，常见的各类电池.二：化学电池二：化学电池1)1)概念概念:将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置2)2)分类分类:一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如：干电池如：干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池3)3)优点优点:4)4)电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:能量转换效率高，供能稳定可靠。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。压的电池和电池组，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。比能量比能量符号符号(Ah/kg)(Ah/kg)，(Ah/L)(Ah/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比功率比功率 符号是符号是W/kgW/kg，W/L)W/L)指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小比时间比时间-电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短.负极（锌筒）：负极（锌筒）：Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+正极（石墨）：正极（石墨）：2MnO2MnO2 2+2NH+2NH4 4+2e+2e-=Mn=Mn2 2OO3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2OO总反应：总反应：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4+=Zn=Zn2+2+Mn+Mn2 2OO3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2OO1.1.干电池干电池 Zn-MnZn-Mn普通干电池普通干电池二、发展中的化学电源二、发展中的化学电源.锌锰碱性电池是一种新型的干电池。锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为正极材料为MnOMnO2 2,负极材料为负极材料为ZnZn，还原产物为还原产物为MnOOH,MnOOH,电解质是电解质是KOHKOH溶液，溶液，总：总：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=Zn(OH)O=Zn(OH)2 2+2MnOOH+2MnOOH请写出电极反应式并分析其工作原理。请写出电极反应式并分析其工作原理。负极：负极：Zn+2OHZn+2OH2e2e-=Zn(OH)=Zn(OH)2 2正极：正极：2MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O +2 eO +2 e-=2MnO=2MnO（OHOH）+2OH+2OH 总反应：总反应：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=Zn(OH)O=Zn(OH)2 2+2MnO+2MnO(OHOH)碱性碱性Zn-MnZn-Mn干电池干电池.2.2.充电电池充电电池铅蓄电池结构铅蓄电池结构充电电池又称二次电池，充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆还原反应，在充电时又逆向进行，使生成物恢复原向进行，使生成物恢复原状，如此充放电可循环进状，如此充放电可循环进行，至一定周期后终止。行，至一定周期后终止。汽车用蓄电池汽车用蓄电池.（1 1）铅蓄电池）铅蓄电池（1 1）电极材料及原料）电极材料及原料（2 2）电解质溶液：）电解质溶液：（3 3）电极反应式：）电极反应式：正极：正极：PbOPbO2 2 负极：负极：PbPbH H2 2SOSO4 4溶液溶液负极（负极（PbPb）:Pb-2ePb-2e-+SO+SO4 4 2 2 -=PbSO=PbSO4 4Pb+PbOPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4=2PbSO=2PbSO4 4+2H+2H2 2OO正极（正极（PbOPbO2 2）:PbOPbO2 2+4H+4H+SO+SO4 42 2 -+2e+2e-=PbSO=PbSO4 4+2H+2H2 2OO总反应：总反应：.（2 2）镍镉碱性蓄电池）镍镉碱性蓄电池 P P4343（3 3）新一代可充电的绿色电池）新一代可充电的绿色电池锂锂离子电池离子电池特点：高能电池，电压高，质量轻，特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。贮存时间长等。用途：电脑、手表、心脏起搏器等。用途：电脑、手表、心脏起搏器等。.把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的为电能的“能量转换器能量转换器”优点：效率高、无污染，装置可持续使用优点：效率高、无污染，装置可持续使用 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池出电池3.3.新型燃料电池新型燃料电池.（1 1）氢氧燃料电池）氢氧燃料电池氢氧燃料电池是一氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，种新型的化学电池，其构造如图示：两其构造如图示：两个电极均由多孔性个电极均由多孔性碳制成，通入的气碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并体由孔隙逸出，并在电极表面放电。在电极表面放电。碱性介质碱性介质氢氧燃料电池结构氢氧燃料电池结构.氢氧燃氢氧燃 料料 电电 池池2H2H2 2-4e-4e-=4H=4H+OO2 2+4H+4H+4e+4e-=2H=2H2 2OO2H2H2 2-4e-4e-=4H=4H+OO2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-2H2H2 2+4OH+4OH-4e-4e-=4H=4H2 2O O OO2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-.怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？书写步骤书写步骤：（：（1 1）写出燃烧反应，根据电解液写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应；改写燃料电池总反应；（2 2）写出正极的电极反应式）写出正极的电极反应式(一般较简单一般较简单););（3 3）由燃料电池总反应减去正极的电极反应式）由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。得负极的电极反应式。正极反应一般为正极反应一般为酸性介质酸性介质 碱性介质碱性介质OO2 2+4H+4H+4e+4e=2H=2H2 2OOOO2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e=4OH=4OH-.（2 2）CHCH4 4燃料电池（碱性介质）燃料电池（碱性介质）CHCH4 4+2OH+2OH-+2O+2O2 2 =CO=CO3 3 2-2-+3H+3H2 2OO2O2O2 2+4H+4H2 2O+8eO+8e=8OH=8OH-CHCH4 4+10OH+10OH-8e-8e=CO=CO3 32-2-+7H+7H2 2OO 1.1.燃烧总化学反应：燃烧总化学反应：2.2.燃料电池总反应：燃料电池总反应：3.3.正极：正极：4.4.负极：负极：CHCH4 4+2O+2O2 2COCO2 2+2H+2H2 2OO.CHCH4 4燃料电池（燃料电池（酸性介质）酸性介质）1 1、燃料电池总反应：、燃料电池总反应：CHCH4 4+2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O O 2 2、正极反应：、正极反应：OO2 2+4H+4H+4e+4e-=2H=2H2 2O O 3 3、负极反应：、负极反应：-2-2，得：，得：CH CH4 4-8e-8e-+2H+2H2 2O=COO=CO2 2+8H+8H+.（3 3）甲醇燃料电池）甲醇燃料电池（酸性介质）（酸性介质）总反应总反应:2CH2CH3 3OOH H+3O+3O2 2=2CO=2CO2 2+4H+4H2 2OO正极正极的电极反应式为的电极反应式为：3O3O2 2+12e+12e-+12H+12H+=6H=6H2 2OO负极负极的电极反应式为的电极反应式为：2CH2CH3 3OOH H-12e-12e-+2H+2H2 2O=12HO=12H+2CO+2CO2 2.甲醇燃料电池（碱性介质）甲醇燃料电池（碱性介质）总反应式：总反应式：2CH2CH3 3OOH H+3O+3O2 2+4OH+4OH-=2 CO=2 CO3 32-2-+6H+6H2 2OO正极正极的电极反应式为的电极反应式为：3O3O2 2+12e+12e-+6H+6H2 20=12OH0=12OH-负极负极的电极反应式为的电极反应式为：2CH2CH3 3OOH H-12e-12e-+16OH+16OH-=2CO=2CO3 32-2-+12H+12H2 2O O.（4 4）海水电池）海水电池19911991年，我国首创以年，我国首创以铝铝-空气空气-海水海水为能源的新为能源的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不的型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比而产生电流。这种海水电池的能量比“干电池干电池”高高20205050倍。电极反应式为：倍。电极反应式为：4Al-12e4Al-12e-=4Al=4Al 3+3+3O3O2 2+6H+6H2 2O+12eO+12e-=12 OH=12 OH-4Al+3O4Al+3O2 2+6H+6H2 2O=4Al(OH)O=4Al(OH)3 3负极：负极：正极：正极：电池总反应：电池总反应：.NaOHNaOH溶液溶液 AlAlMgMg负极：负极：2Al+8OH2Al+8OH6e6e-=2AlO=2AlO2 2-+4H+4H2 2OO正极：正极：6H6H2 2O+6eO+6e-=3H=3H2 2+6OH+6OH-2Al+2OH2Al+2OH-+2H+2H2 2O=2AlOO=2AlO2 2-+3H+3H2 2电池反应式：电池反应式：补充：补充：.电池的发展方向电池的发展方向 光电池使用方便光电池使用方便,特别是近年来特别是近年来 微小型半导体微小型半导体逆变器迅速发展逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷。美、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日、欧和发展中国家都制定出庞大的 光伏技光伏技术发展计划术发展计划,开发方向是大幅度提高光电池转开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性换效率和稳定性,降低成本降低成本,不断扩大产不断扩大产 业。目业。目前已有前已有8080多个国家和地区形成商业化多个国家和地区形成商业化,半商业半商业化生产能力化生产能力,年均增长达年均增长达16,16,市场开拓从市场开拓从 空间转空间转向地面系统应用。向地面系统应用。.减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源.判断右边原电池的正、负极，并写出电极判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。反应式。Cu Cu C CFeClFeCl3 3溶液溶液负极：负极：CuCu 失电子失电子 CuCu -2e2e-=CuCu2+2+正极：正极：FeFe3+3+得电子得电子 2Fe2Fe3+3+2e2e-=2Fe2Fe2+2+A A Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=CuCl=CuCl2 2+2FeCl+2FeCl2 2先写出总反应：先写出总反应：即即 负极与电解质溶液反应负极与电解质溶液反应拆成离子方程式：拆成离子方程式：CuCu +2Fe2Fe3 3 =CuCu2 2+2Fe2Fe2 2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极三、电极方程式的书写三、电极方程式的书写1.1.简单原电池电极方程式的写法简单原电池电极方程式的写法.请写出请写出右边原电池的右边原电池的电极电极方程式。方程式。总反应方程式：总反应方程式：负极：负极：AlAl，失，失e e e e-2Al -6e2Al -6e2Al -6e2Al -6e 2 2 2 2AlAl3+3+2Al2Al2Al2Al3+3+3+3+8OH+8OH+8OH+8OH-=2AlO=2AlO=2AlO=2AlO2 2 2 2-+4H+4H+4H+4H2 2 2 2O O O O 负极总反应：负极总反应：负极总反应：负极总反应：2Al+8OH2Al+8OH2Al+8OH2Al+8OH-6e6e6e6e 2AlO2AlO2AlO2AlO2 2 2 2-+4H+4H+4H+4H2 2 2 2O O O O 正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应6H6H6H6H2 2 2 2O O O O 6e6e6e6e 6OH6OH6OH6OH 3H3H3H3H2 2 2 2Mg AlMg AlNaOHNaOH溶液溶液A A拆成离子方程式：拆成离子方程式：2Al2Al +2OH2OH +2H2H2 2O O =2AlO2AlO2 2 +3H3H2 2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极2Al2Al +2NaOH2NaOH +2H2H2 2O O =2NaAlO2NaAlO2 2 +3H3H2 2.2.2.燃料电池电极方程式的写法燃料电池电极方程式的写法 总反应：总反应：实际上就是燃料的完全燃烧。实际上就是燃料的完全燃烧。负极（通入燃料）：负极（通入燃料）：为燃料失去电子的氧化反应，为燃料失去电子的氧化反应，正极（通入氧化剂）：正极（通入氧化剂）：为氧化剂得到电子的还原反应。为氧化剂得到电子的还原反应。以以以以PtPtPtPt为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为 KOHKOHKOHKOH溶液的氢氧燃料电池为例溶液的氢氧燃料电池为例溶液的氢氧燃料电池为例溶液的氢氧燃料电池为例负极总反应负极总反应:2H:2H2 2-4e-4e-+4OH+4OH-4H4H2 2O O正极正极:总反应负极反应总反应负极反应 总反应：总反应：2H2H2 2+O+O2 22H2H2 2O O负极负极:H:H2 2 失失e e4H4H+4OH+4OH-4H4H2 2O O2H2H2 2-4e-4e-4 H4 HO O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-4OH4OH-.3.3.复杂原电池电极方程式的书写复杂原电池电极方程式的书写 方法点拨：写电极方程式的时候，要根据方法点拨：写电极方程式的时候，要根据“得电子显负电；得电子显负电；失电子显正电失电子显正电”的原则，的原则，利用利用“电荷守恒电荷守恒”，通过巧用，通过巧用H H、OHOH和水写出电极方程式和水写出电极方程式PbPbO22H2SO42PbSO42H2O练习：写出铅酸蓄电池的电极反应：练习：写出铅酸蓄电池的电极反应：Pb Pb SO42 2e2e 2PbSO4正极：正极：正极：正极：PbO2 得电子得电子4H4H4H4H 2H2H2H2H2 2O OO O 正极：正极：正极：正极：PbO2SO42 2e2e PbSO4.银锌电池（电解质为银锌电池（电解质为KOHKOH）的电池总反应）的电池总反应为：为：ZnZn AgAg2 2O O ZnOZnO 2Ag2Ag写出其正、负极反应。写出其正、负极反应。Zn Zn 2e2e ZnO ZnO 2 OH 2 OH H H2 2OO Ag Ag2 2O O 2e2e 2Ag2AgH H2 2O O 2OH2OH负极：负极：正极：正极：.