人教版（2019）化学必修第二册 6.2.4化学反应与电能（第4课时） 课件

(共40张PPT)
化学反应与电能（第4课时）
发展中的化学电源
干电池
碱性电池
蓄电池
锂离子电池
燃料电池
化学电池的分类
一次电池（干电池）：电池消耗到一定程度，就不能使用；
二次电池（充电电池或蓄电池）：放电后可以再充电重新使用；
燃料电池：一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。
1.干电池(一次性电池)
电极:Zn为负极,碳棒为正极
电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊
另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。
电极方程式：
负极(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋
正极(C)：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-= Mn2O3+2NH3+H2O
(1)锌锰干电池
特点：放电后不能充电,便于携带,价格低
(2)碱性锌锰干电池
随着用电器朝着小型化、多
功能化发展的要求，对电池的发
展也提出了小型化、多功能化发
展的要求。
体积小、性能好的碱性锌－锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解质溶液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。
碱性电池是个人音响、照相机等地首选电源。
碱性电池
电解液: 中性NH4Cl→碱性KOH（离子导电性更好）
负极：锌片→锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）
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
碱性锌-锰干电池
（3）纽扣电池
负极：
Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O
正极：
Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH-
总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag
电极反应：
用途：电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等
所需电流是微安或毫安级的。
2.二次电池也叫充电电池
充电电池又称二次电池。可充电电池是两极都参加反应的电池。这是一种发展较快的原电池，如铅蓄电池、银锌电池、（纽扣电池）、锂电池、爱迪生蓄电池等，它们的负极是较活泼的金属，正极一般是金属氧化物。放电时，负极被氧化。正极材料的氧化物被还原，充电时的电极反应与放电时相反。电动车、手机的电池都可以反复充电使用,都属于二次电池。。
充电电池：氧化还原反应在充电时可以逆向进行。
化学能
放电
充电
电能
用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。
铅蓄电池：最早使用的充电电池。
（1）铅蓄电池
特点：铅蓄电池的电压稳定，使用方便安全可靠，可再次充电使用。
铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶或透明塑料制成方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的 ，负极板是海绵状的 ，两极均浸入 溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
负极：
正极：
放电总反应式：
⑴铅蓄电池
PbO2
金属铅
硫酸
Pb+SO42— —2e— =PbSO4
PbO2+4H++SO42— +2e— = PbSO4+2H2O
Pb+ PbO2+2H2SO4= 2PbSO4+2H2O
当硫酸的浓度降低，溶液的密度达1.18g/cm3时应停止使用，需充电，充电时起电解池的作用，电极反应为：
阳极：
阴极：
充电总反应式：
铅蓄电池放电和充电总反应式：
PbSO4+2H2O—2e—=PbO2+4H++SO42—
PbSO4 +2e— = Pb+SO42—
2PbSO4+2H2O= Pb+ PbO2+2H2SO4
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O
放电
充电
（2） 镍镉电池
特点：体积小，便于携带。可重复使用500
次以上。寿命比铅蓄电池长。
镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势。
H2+NiO(OH)2 Ni(OH)2+H2O 。
放电
充电
镍
镉
电
池
电极反应（KOH为电解液）
用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、
电动剃须刀等。
2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
放电
充电
(3)镍氢电池
负极：
正极：
放电总反应式：
H2 +2OH— —2e—= 2H2O
2NiO(OH) +2H2O +2e— = 2Ni(OH)2 +2OH—
H2 + 2NiO(OH) = 2Ni(OH)2
锂电池
锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、可移动电话、摄象机等低功耗电器的主流电源。
锂电池
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。
（4）锂电池
以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液 ：
负极：Li － e ＝ Li+
正极：MnO2 ＋ e ＋ Li+ ＝ LiMnO2
总反应： Li＋ MnO2＝ LiMnO2
3.发展中的燃料电池
它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。
(例如：H2和O2的燃料电池，CH4和O2的燃料电池)
小型高性能燃料电池
新型燃料电池
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，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池
⑴氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为铂电极，活性炭电极，电解质溶液一般为40%的KOH溶液。
负极：
正极：
放电总反应式：
2H2 +4OH— —4e—=4H2O
O2+2H2O+ 4e—= 4OH—
2H2 + O2 = 2H2O
若电解质溶液为稀H2SO4
负极：
正极：
放电总反应式：
2H2—4e—=4H+
O2+ 4H+ + 4e—= 2H2O
2H2 + O2 = 2H2O
⑵甲烷氧气燃料电池
该电池用铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气
负极：
正极：
放电总反应式：
CH4+10OH——8e—=CO32—+7H2O
2O2+4H2O+8e—= 8OH—
CH4+ 2O2+2KOH =K2CO3 +3H2O
⑶Al—空气—海水电池
负极：
正极：
放电总反应式：
4Al —12e— = 4Al3+
3O2+6H2O+12e—= 12OH—
4Al + 3O2+6H2O= 4Al( OH)3
（4）固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
负极
正极
负极
正极
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
其他电池
空气电池
1.几种电池的特点
2.化学电源满足的一般规律
(1)化学电源就是把化学能转变成电能的装置,但实际工作时,化学能不可能完全转变成电能,有一部分化学能会转化成热能等其他形式的能量。
(2)电源的负极反应是还原剂失去电子发生氧化反应,负极是电子流出,电流流入的一极;电源的正极反应是氧化剂得到电子发生还原反应,正极是电子流入,电流流出的一极。
(3)电子只通过导线,不通过溶液,溶液中是带电离子定向移动形成电流。
发展中的化学电源
一次性电池——干电池
二次电池（充电电池）
燃料电池
普通锌锰电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
镍镉充电电池
锂电池
氢氧燃料
CH4燃料电池
小结
1.锂离子电池是新型高能电池，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离子电池，某种锂离子电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　)
A．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋
C．Li是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO2－
D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2＋
B
解析　根据总反应式可判断Li被氧化，为负极材料，其失电子成为
Li＋，正极放电的为MnO2。
2.日常所用干电池的电极分别为石墨棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NH4＋＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能反应生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论正确的是(　　)
①锌为负极，石墨为正极　②干电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化　③工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极　④长时间连续使用时，内装糊状物可能流出而腐蚀用电器
A．①③ B．②③ C．③④ D．①④
D
解析　由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，可判断出①正确；干电池只能实现化学能向电能的转化，②错误；在外电路中，电子从负极流向正极，③错误；长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而产生H2O，糊状物也越来越稀，容易流出而腐蚀用电器，④正确。
3.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。下列说法中不正确的是(　　)
A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn
B．负极发生的反应是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
C．工作时，负极区溶液碱性减弱，正极区溶液碱性增强
D．溶液中的OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动
解析　根据总反应Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，分析各物质化合价发生的变化可知，Zn在负极上反应，Ag2O在正极上反应，电解质溶液为KOH溶液，所以负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，这样，在负极区因OH－被消耗，碱性减弱，溶液的OH－定向移动到负极，正极区生成OH－，碱性增强。
D
4.下列说法中正确的是(　　)
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部　②锌锰干电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池　③锂电池是新一代可充电电池　④燃料电池作为汽车驱动能源已研制成功
A．②③④ B．①②③④ C．①②③ D．①③④
B
解析　燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别就在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。
5.下列说法正确的是(　　)
A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池
B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C．化学电池的反应基础是氧化还原反应
D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2
解析　碱性锌锰干电池是一次电池，燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池，铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。
C