人教版化学选修四-化学电源课件

,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,10/11/2019,#,第四章 电化学基础,第二节 化学电源,第四章 电化学基础第二节 化学电源,1,在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其他应用吗？,电池,化学电池,太阳能电池,原子能电池,将化学能转换成电能的装置,将太阳能转换成电能的装置,将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转换为电能的装置,思考：,在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其他应用吗？,2,用途广泛的电池,用于汽车的铅蓄电池和燃料电池,化学电池,用途广泛的电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池化学电池,3,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,手机专用电池,摄像机专用电池,各式各样的纽扣电池,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手机,4,普通锌锰电池,碱性电池,镍,镉,电,池,小型高性能燃料电池,锂离子电池,镍氢电池,普通锌锰电池碱性电池 镍小型高性能燃料电池 锂离子电池 镍氢,5,电池发明的小故事,1791,年他在解剖时,在实验室将悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上，发现蛙腿,会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物的组织会产生电流，而金属是传递电流的导体。,他从独特的角度认为电流是由两种不同的金属产生的，经过一系列的实验，终于在,1800,年成功研制了世界上第一个能产生稳定电流的电池（见下图）。,（意大利生物学家伽伏尼）,（法国物理学家、化学家伏特）,电池发明的小故事1791年他在解剖时在实验室将悬有去了皮的青,6,化学电池的组成,组 成,负 极,正 极,电解质,电子流向,反应类型,电极材料,电极上发生反应的物质,能导电的物质,还原性较强的物质（大多是金属电极本身）,氧化性较强的物质,酸、碱、盐溶液或熔融液,流出电子,流入电子,氧化反应,还原反应,化学电池的组成组 成负 极正 极电解质电子流向反应,7,化学电池的分类,一次电池：,活性物质消耗到一定程度，就不能使用，其电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池，如锌锰电池；,二次电池：,放电后可以再充电使活性物质获得再生，又叫充电电池或蓄电池，如铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池；,燃料电池：,一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池，如,氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。,化学电池的分类一次电池：活性物质消耗到一定程度，就不能使用，,8,能量转化率较高；,供能稳定可靠；,可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电池组；,使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。,电池的优点,能量转化率较高；电池的优点,9,衡量电池优劣的指标,比能量：,电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。,单位：,(Wh)/kg,(Wh)/L,比功率：,电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。,单位：,W/kg,W/L,储存时间：,电池的可储存时间的长短,衡量电池优劣的指标比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能,10,一、一次电池,1,、,锌锰电池,放电之后不能充电,(,内部的氧化还原反应不可逆,),碱性锌锰电池,普通锌锰电池,一、一次电池 1、锌锰电池放电之后不能充电(内部的氧化还原反,11,（,1,）普通锌锰电池：,活性物质为,NH,4,Cl,和淀粉糊，做电解质，还填有,MnO,2,和炭黑。电极反应式：,负 极,：,Zn-2e,-,=Zn,2+,正 极,：,2NH,4,+,+2e,-,+2MnO,2,=Mn,2,O,3,+2NH,3,+H,2,O,总反应,：,Zn+2NH,4,+,+2MnO,2,=Zn,2+,+Mn,2,O,3,+2NH,3,+H,2,O,锌锰电池工作原理,普通锌锰电池,优点：制作简单、价格便宜。,缺点：放电时间短，电压下降快。,（1）普通锌锰电池：活性物质为NH4Cl和淀粉糊，做电解质，,12,（,2,）碱性锌锰电池,：,活性物质为,KOH,和淀粉糊，做电解质，还填有,MnO,2,和炭黑。电极反应式：,负 极：,Zn-2e,-,+2OH,-,=Zn(OH),2,正 极：,2MnO,2,+2e,-,+2H,2,O=2MnOOH+2OH,-,总反应：,Zn+2MnO,2,+2H,2,O=2MnOOH+Zn(OH),2,氢氧化氧锰,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。,（2）碱性锌锰电池：活性物质为KOH和淀粉糊，做电解质，还填,13,2,、银锌电池,总反应式,:,Zn+Ag,2,O+H,2,O=2Ag+Zn(OH),2,电极反应式,:,负极,:,Zn+2OH,-,-2e,-,=Zn(OH),2,正极,:,Ag,2,O+H,2,O+2e,-,=2Ag+2OH,-,电解液,:KOH,溶液,优点：,电池比能量大、电压稳定，储存时间长。适宜小电流连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。,2、银锌电池总反应式:Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(,14,3,、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、宽工作温度、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,锂电池,3、锂电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SO,15,锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用 寿命大大延长。锂电池的比能量高电压高，工作温度宽。由于锂电池性能优异，广泛应用于军事和空间领域，民用领域以微小功率为主，例如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等的电源,锂电池的特点及用途,锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他,16,人教版化学选修四-化学电源课件,17,人教版化学选修四-化学电源课件,18,铅蓄电池,化学能,电能,放电,充电,二、二次电池,铅蓄电池 化学能电能 放电 充电 二、二次电池,19,放电过程总反应,Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,(aq)=2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),Pb(s)+SO,4,2-,(aq)-2e,-,=PbSO,4,(s),正极：,PbO,2,(s)+4H,+,(aq)+SO,4,2-,(aq)+2e,-,=PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),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,铅蓄电池工作原理,放电过程总反应Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq,20,充电过程,PbSO,4,(s)+2e,-,=Pb(s)+SO,4,2-,(aq),还原反应,阴极,阳极,PbSO,4,(s)+2H,2,O(l)-2e,-,=PbO,2,(s)+4H,+,(aq)+SO,4,2-,(aq),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,(aq),铅蓄电池的充放电过程：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l)Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,(aq),放电,充电,充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+,21,人教版化学选修四-化学电源课件,22,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,其他二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,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,23,镉镍电池与氢镍电池：,Cd+2NiO(OH)+2 H,2,O,2Ni(OH),2,+Cd(OH),2,放电,充电,2H,2,+2NiO(OH)2Ni(OH),2,放电,充电,镉镍电池总反应：,氢镍电池总反应：,课后思考：,根据上面所给的总方程式，你能写出各极发生的,反应方程式吗？,镉镍电池与氢镍电池：Cd+2NiO(OH)+2 H2O,24,小型高性能燃料电池,三、燃料电池,燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。,酸性电解质：,碱性电解质,负极,:2H,2,-4e,-,+4OH,-,=4H,2,O,正极,:O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,总反应,:2H,2,+O,2,=2H,2,O,负极：,2H,2,-4e,-,=4H,+,正极：,O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,总反应：,2H,2,+O,2,=2H,2,O,（,1,）氢氧燃料电池：,小型高性能燃料电池 三、燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料和,25,中性电解质：,负极：,2H,2,-4e,-,=4H,+,正极,:O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,总反应：,2H,2,+O,2,=2H,2,O,中性电解质：负极：2H2-4e-=4H+正极:,26,介质,电池总反应：,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,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,2H,2,-4e,-,=4H,+,O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,2H,2,+4OH,-,-4e,-,=4H,2,O,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,氢氧燃料电池,介质电池总反应：2H2+=2H2O 酸性负极正极,27,燃料电池的规律,燃料做负极，助燃剂氧气为正极,电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。,能量转化率高,(,超过,80%,),，普通的只有,30%,，有利于节约能源。,燃料电池与前几种电池的差别,氧化剂与还原剂在工作时不断补充；,反应产物不断排出,;,总反应相当于燃料在助燃剂中燃烧，但应注意电解质溶液的影响而的最终产物的存在形式,燃料电池的规律燃料做负极，助燃剂氧气为正极电极材料一般不,28,KOH,溶液,：,负极：,CH,4,10OH,8e,=CO,3,2,7H,2,O,正极：,2O,2,4H,2,O,8e,=8OH,总反应式：,CH,4,+2O,2,+2OH,-,=CO,3,2-,+3H,2,O,H,2,SO,4,溶液,：,负极：,CH,4,2H,2,O,8e,=CO,2,8H,+,正极：,2O,2,8H,8e,=4H,2,O,总反应式：,CH,4,+2O,2,=CO,2,+2H,2,O,（,2,）甲烷燃料电池,用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中，然后向两极分别通入,CH,4,和,O,2,，该电池的反应式：,KOH溶液：H2SO4溶液：（2）甲烷燃料电池,29,(3),乙醇燃料电池,用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液，分别向两极通入乙醇和氧气。,酸作电解质,负极,:C,2,H,5,OH+3H,2,O-12e,-,=2CO,2,+12H,+,正极,:3O,2,+12H,+,+12e,-,=6H,2,O,总反应式：,C,2,H,5,OH+3O,2,=2CO,2,+3H,2,O,KOH,作电解质,负极：,C,2,H,5,OH+16OH,-,-12e,-,=2CO,3,2-,+11H,2,O,正极：,3O,2,+12e,-,+6H,2,O=12OH,-,总反应式：,C,2,H,5,OH+3O,2,+4OH,-,=2CO,3,2-,+5H,2,O,(3)乙醇燃料电池,30,(4),丁烷燃料电池,一个电极通入,丁烷,，一个电极通入氧气，用掺杂了,Y,2,O,3,(,三氧化二钇,),的,ZrO,2,(,二氧化锆,),晶体作电解质，晶体高温时能传导,O,2-,。,负极：,2C,4,H,10,-52e,-,+26O,2-,=8CO,2,+10H,2,O,正极：,13