2019-2020年高中化学 电池探秘教案4 鲁科版选修1.doc

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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。
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