高二化学课件：选修4 第4章 第2节 化学电源（人教版选修4）

欢迎进入化学课堂 第四章电化学基础 第二节化学电源 自学思考 什么是化学电池 目前化学电池主要分为哪几个大类 在性能等方面它们各有什么特点 化学电池与其他能源相比有哪些优点 判断电池的优劣标准主要是什么 知识点1 化学电池 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 4 电池优劣的判断标准 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 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 锂电池 干电池 叠层电池 纽扣电池 各类电池 知识点2 各类电池 空气电池 小型高性能燃料电池 一 一次电池 干电池 Zn NH4Cl ZnCl2 MnO2 C 负极 Zn Zn 2e Zn2 正极 MnO2和C 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 电池总反应 Zn 2MnO2 2NH4Cl 2MnOOH Zn NH3 2Cl2 普通锌锰电池 1 普通锌锰电池 碱性锌锰电池构造示意图 碱性电池 负极 Zn Zn 2OH 2e Zn OH 2正极 MnO2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 电池总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 2 碱性锌锰电池 Zn KOH MnO2 优缺点简析 只能使用一次 不能充电 价格较贵 比能量和储存时间有所提高 适用于大电流和连续放电 3 锌银电池 纽扣电池 Zn KOH Ag2O 负极 Zn Zn 2OH 2e ZnO H2O正极 Ag2O Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 电池总反应 Zn Ag2O ZnO 2Ag 4 锂电池 锂电池是新一代高能电池 目前已研究成功多种锂电池 其中用廉价的r MnO2作正极活性材料 电解液是LiClO4溶于碳酸丙烯 简称PC 和二甲基氧乙烷 简称DMF 的混合溶剂中 浓度为1mol L 其浓度比是PC DME 1 1 电池反应为 负极的反应 Li e Li 正极的反应 Li MnO2 e LiMnO2 电池总反应 Li MnO2 LiMnO2 二 二次电池1 铅蓄电池 Pb H2SO4 PbO2 负极 氧化反应Pb s SO42 aq 2e PbSO4 s 正极 还原反应PbO2 s 4H aq SO42 aq 2e 2PbSO4 s 2H2O l 总反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 放电过程 充电过程阴极 接电源负极 还原反应PbSO4 s 2e Pb s SO42 aq 阳极 接电源正极 氧化反应2PbSO4 s 2H2O l 2e PbO2 s 4H aq SO42 aq 充电过程总反应 2PbSO4 s 2H2O l Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 铅蓄电池的充放电过程 铅蓄电池的优缺点简析 2 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 三 燃料电池 负极 Pt 2H2 4e 4H 正极 Pt O2 4H 4e 2H2O电池总反应 2H2 O2 2H2O 1 氢氧燃料电池 Pt H2 H O2 Pt Pt H2 OH O2 Pt 负极 Pt 2H2 4e 4OH 4H2O正极 Pt O2 2H2O 4e 4OH 电池总反应 2H2 O2 2H2O 氧化剂与还原剂在工作时不断补充 反应产物不断排出 能量转化率高 超过80 普通的只有30 有利于节约能源 缺点 附属设备较多 体积较大 优点 能量转换率高 运行噪音低 清洁 2 燃料电池的规律 3 燃料电池与前几种电池的差别 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 4 其它燃料电池 烃 肼 甲醇 氨 煤气燃料电池 减少污染节约资源 废弃电池的回收利用刻不容缓 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 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 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CO2形式存在 在碱性溶液中以CO32 形式存在 4 溶液中不存在O2 在酸性溶液中它与H 结合成H2O 在碱性或中性溶液中它与水结合成OH 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 Mx 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 练习1 碱性电池具有容量大 放电电流大的特点 因而得到广泛应用 锌 锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液 总反应式为 Zn s 2MnO2 s 2H2O l Zn OH 2 s 2MnOOH s 下列说法错误的是 A 电池工作时 锌失去电子B 电池正极电极反应式为 2MnO2 s H2O l 2e 2MnOOH s 2OH aq C 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过0 2mol电子 锌的质量理论上减小6 5g C 练习2 氢气是燃料电池最简单的燃料 虽然使用方便 却受到价格和来源的限制 常用的燃料往往是某些碳氢化合物 如 甲烷 汽油等 请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式 此时电池内总的反应式 CH4 10OH 8e CO32 7H2O CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O b极 2O2 4H2O 8e 8OH 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Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质 CO为阳极燃气 空气与CO2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 2CO32 4CO2 4e正极反应式 总反应式 O2 4e 2CO2 2CO32 2CO O2 2CO2 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 MnO2 LiMnO2 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MnO2 e MnO2 D Li是负极 电极反应为Li 2e Li2 B 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全