2019-2020年高中化学 电池探秘教案4 鲁科版选修1.doc

2019-2020年高中化学 电池探秘教案4 鲁科版选修1教学资源 1伏打和伏打电池 伏打(Alessandro Volta，17451827)意大利物理学家。自1765年开始从事静电实验研究。伏打将两块不同的金属与浸有酸溶液的湿布接触，再用导线将两块金属连接起来，发现导线中产生了电流。伏打称这种电池为伽伐尼电池(又称伏打电池。这个电池大概是我们今天所用的许多型号、种类的电池的始祖。伏打用了三年的时间，把各种金属两两搭配进行实验，他发现，一种金属与某一种金属接触时带正电，与另一种金属接触时则可能带负电。例如，铜和锌接触时铜带负电，锌带正电；但铜若与金、银接触，则铜带正电，金、银带负电。伏打以大量的实验为基础，发现了如下的起电顺序：锌锡铁一铜银金一石墨一木炭，序列中任何两种物质相接触，都是位序在前的一种带正电，后面的一种带负电。这就是著名的伏打序列。 2实验探究锌锰干电池组成部分的化学性质(可作为课外兴趣实验)。负极金属的性质：敷剪下一片负极的金属：加热，观察金属表面的颜色；与稀盐酸反应，缓慢加热，用燃烧的火柴检验融产物；将上述反应所得的溶液倒入另一试管中，逐滴加入NaOH溶液，观察现象。溶液呈中性后再加入斡滴盐酸，发生了什么变化?黑色糊状物的性质： (1)将两勺黑色糊状物放入100 mL烧杯中，加入50 mL蒸馏水，然后过滤，并保留残渣和滤液。将少量残渣加入装有漂白剂的试管中，用点燃的火柴检验产生的气体。 (2)向滤液中加入少量稀硝酸和硝酸银溶液；向滤液逐滴滴加NaOH溶液，然后缓慢加热，用pH默纸检验放出的气体。以上实验只能初步了解干电池的组成成分，教师可建议学生进一步实验以便充分认识干电池的组成：负极锌；正极碳；黑色糊状物二氧化锰、氯化铵和氯化锌等的混合物。 安全提示：碳锌干电池含有少量有毒的汞，在电解质中加入了汞盐，可以使锌筒汞齐化从而减缓锌筒的墉蚀。在实验完成后一定要洗手!碱性电池中含有强腐蚀性的浓碱，一定不能打开。在整个实验中必须带护目镜。3几种电池的介绍 从化学反应式中可以看出，银锌蓄电池的充、放电反应不消耗氢氧化钾电解质。但在放电过程中，极板潮性物质吸收电解液中的一部分水，而充电过程中又放出相同量的水。因此，在放电时液面降低，充电时液面升高。银一锌蓄电池的优点是比能量高，可达150200 WLkg-1，是目前广泛应用的蓄电池中比能量最高的|一种。银一锌蓄电池内阻小，特别适用于强电流密度放电，工作电压稳定，实际电压约为15 V。缺点是价格昂贵、循环寿命短、低温性能较差，一般用在航空、火箭上。 氢镍电池 氢镍电池是新型的二次电池，无论它的独特外型，还是高达4 MPa的内部气体压力，都使人感到新奇。正极为氧化镍，负极为氢电极。它的工作状态可以划分为3种：正常工作状态、过充电状态和过放电状态。在不同的工作状态下，电池内部发生的电化学反应是不同的。氢镍电池的电解液为密度13 gmL差E右的氢氧化钾水溶液，这种电池的突出优点是循环寿命很长，1977年起在地球同步轨道条件下工作寿命超过10年。此外，它承受过充电和过放电的能力很强；但它的初始成本较高，电池自放电速度较大，有爆炸的可能性。尽管如此，氢镍电池的前景十分乐观，随着研究工作的进展，最终将在航天领域内全面取代镉镍电池。 锂电池 锂是自然界里最轻的金属元素，比重仅及水的一半，同时它又具有最低的电负性，电极电位是3045 v 。所以选择适当的正极与其相匹配，可以获得较高的电动势，这种电池应该具有最高的比能量。由于金属锂遇水会发生剧烈的反应，所以电解质溶液都选用非水电解液。正极材料常选用二氧化锰或氧化铜等。锂电池可制成一次电池，也可制成二次电池。锂电池作为一种新颖的电池，其性能是十分吸引人的，主要是比能量高，有宽广的温度使用范围，放电电压平坦。以固体电解质制成的锂电池，具有体积小，无电解液渗漏，电压随放电时间缓慢下降，可以预示电池寿命等优点，特别适用于心脏起搏器的电源。但在短路或某些重负荷条件下，有发生爆炸的可能性，这是锂电池的一大缺点。 燃料电池 燃料电池是以氢气、肼、烃、甲醇、煤气、天然气等燃料作为负极活性物质，氧气、空气等氧化剂为正极活性物质，通过电池反应直接把燃料中的化学能转换成电能。理论能量转换效率可达100氢氧燃料电池的实际能量转换效率可达5770，而一般热电站的转换效率不超过40左右。另外，由于燃料电池中的活性物质连续通入，反应产物连续排出，故可连续产生电能，是一种连续可供电的电池。氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，氢氧化钾溶液为电解质，电极材料用多孔碳制成，在负极中掺有细粉状的铂或钯，正极中掺有钴、金或银的氧化物。氢氧燃料电池主要的优点是能量转换效率高，电池能长时间连续运行，且污染小、噪声低，缺点是成本高，姚寿命还不够长。氢氧燃料电池成本高的原因是发电过程中需用贵金属做催化剂，且用量大，燃料又是纯氢，它主要用于航天和军事领域。燃料电池发展的趋势是降低发电成本、提高发电效率，最终实现燃料电池的民用化。它的发展过程主要经过了氢氧燃料电池、酸氢氧燃料电池、高温熔盐电解质和高温固体电解质燃料电池的变化。这一切主要通过改燃料电池中的电解质来实现。当氢氧燃料电池的电解质改成浓磷酸时，就成为磷酸型氢氧燃料电池。这种燃料电池，铂催化剂的用量从60 gm屯(电极)降低到75 gm七(电极)，成本大大降低。 4电池与环境 目前，国内生产的自发电池主要有锌锰电池、锌汞电池、锌银电池、镍镉电池、锂电池等。使用后的废旧电池中含有汞、镉、铅、镍等多种金属及酸、碱、碳粉等有毒、有害物质。我国仅1995年通过废13电池向环境输汞就达97l t。另外，据专家测试，一节纽扣电池能污染6010e L伏。一节一号电池能使1 m2的土地失去利用价值。由此可见，若将这些废旧电池混入生活垃圾中一起填埋，势必会造成对土壤的污染，并在降雨径流下，使有毒有害物质进入水体形成水体污染。一些地下水水质抽样检测已表明，废旧电池的污染已影响了地下水的质量。