苏教版化学选修四4.2化学电源
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课件46张PPT。 形形色色的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2018-12-31
第二单元：化学能与电能的转化滦平一中高一化学组化学电源 专题一：化学反应与能量变化化学电源化学电源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变为电能的装置１、化学电池分类电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用．又称充电电池或蓄电池在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用．是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池．干电池： 电池中的电解质溶液制成胶体，不流动，故称干电池．铅蓄电池、
锌银蓄电池、
镍镉电池、
锂离子电池
氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池一、化学电池２、化学电池优点（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。（２）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。（３）易维护，可在各种环境下工作。３、判断电池优劣的标准 （１）比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（２）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（3）电池的储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。盖有铜帽的石墨棒是正极，在石墨棒周围填满MnO2和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸作隔膜；在隔膜外是调成糊状的氯化铵、氯化锌、淀粉，作为电解质溶液；锌筒为干电池外壳，它作为负极。
1、普通干电池二、一次性电池锌—锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。
负极————————————
正极————————————
总反应————————————
Zn-2e- =Zn2+2NH4++2e- = 2NH3↑+H2↑优点：制作简单、价格便宜。
缺点：放电时间短、电压下降快、放电后久置，电解质溶液流出腐蚀电器
2、锌锰干电池(2)工作原理 负极： ； 正极： ； 总反应： 。 原电池电极反应式的书写
（1）注意书写顺序。
（2）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H+、OH—、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。
（3）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。3、银锌电池 总反应： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgKOH溶液ZnAg2O负极：Zn +2OH－-2e- =Zn(OH)2正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH－ 电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流和连续放电
银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨组成的活性材料，另一端填充锌汞合金组成的活性材料。
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，电解质溶液是LiClO4溶于碳酸丙烯和二甲基氧乙烷的混合有机溶剂中，浓度为1mol/L，电池反应为：负极：Li - e- = Li +正极：Li + + MnO2 + e- = LiMnO2 总反应：Li + MnO2 = LiMnO2特点：比能量高，电压高，工作温度宽，可存储时间长1．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，则负极上发生反应的物质是( ) A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn 练习： 2、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，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列说法错误．．的是( ) 练习：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三、二次电池可充电电池也称为____电池，可以反复_____电和_____电，是电池发展的一个重要方向。二次放充1、铅蓄电池:总反应：Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正极：PbO2 + 4H++SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O负极：人们常根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电用途：
优点：
主要缺点：电动自行车、汽车、发电站等都要用到它可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉比能量低、笨重、废弃电池污染环境Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O2、镉镍电池镉镍电池总反应：Cd+2OH- -2e- ==Cd(OH)2 2NiO(OH)+2H2O+2e-==2Ni(OH)2+2OH- 负极：正极： 3、镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行： Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 有关该电池的说法正确的是( ) 练习：增大负正负变式训练3 生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4，下列对铅蓄电池的说法错误的是( ) （一）氢氧燃料电池四、燃料电池（二）甲醇—空气燃料电池构造：钯碳/甲醇、铂—烧结镍/空气、氢氧化钾溶液电池反应：2CH3OH+3O2+4OH-==2CO32-+6H2O负极：正极：优点：能量转换率高2CH3OH-12e-+16OH-== 2CO32-+12H2O3O2+12e-+6H2O== 12OH-燃料电池书写电极反应式应注意以下几点：2．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）；1．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．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－；2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-要充分考虑电极反应后产物所处的介质---- 电解质环境， 应将电解质溶液中参与电极反应的粒子写进电极反应式 。氢氧燃料电池 1、据媒体报道：以氢氧燃料电池为动力的公交车即将在北京试运行。质子交换膜燃料电池（PEMFC）常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢为燃料，空气为氧化剂，铂做催化剂，导电离子是H+。该燃料电池 :
1、正极反应为：___________________。
2、负极反应为：______________________。
3、总的化学反应为：_____________________。
4、氢离子通过电解质向_______移动。（正极、负极）
点燃O2 + 4H+ + 4e－ = 2H2O2H2－4e－ = 4H+2H2 + O2 = 2H2O正极练习：
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： 1、判断该燃料电池的正负极：a极为：__________，b极为：___________。
2、甲烷与氧气燃烧的化学方程式：
_____________________________
3、该燃料电池的总反应方程式：
_____________________________
4、该燃料电池正极反应方程式：
_____________________________
5、该燃料电池负极反应方程式：
_____________________________CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2OO2+2H2O+4e-=4OH-CH4+2O2=CO2+2H2O正极负极练习：
1、今有2H2＋O2 = H2O反应，构成燃料电池
(电解质溶液为KOH)则负极通的应是_____，正极通的应是________，电极反应式为________________、________________。
2、如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为____________________、____________________。
3、(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？_______________________________练习：4、（2004年天津高考理综题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 ( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH--4e- = 2H2O+O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置B练习： 五. 熔融盐燃料电池
这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、CO、---熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐处于熔化状态）才能工作。 工作原理如下图：
正极：2CO2+O2+4e-=2CO32-
例. 熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在6500℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:
负极反应式：
正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32-
总电池反式： 2CO+2CO32--4e- =4CO22CO+O2=2CO2日本产海水电池
以海水电池为能源的航海标志灯1991年，我国科学家首创以铝---空气---海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。
正极：3O2 + 6H2O + 12e- === 12OH-
六、铝---空气---海水 电池 总反应式为：4Al + 3O2 + 6H2O === 4Al(OH)3
负极：4Al – 12e- === 4Al3+
这种电池的能量比普通干电池高20---50倍！
【典例1】 下列有关化学电池的说法中正确的是( ) A．化学电池只能将化学能转化为电能 B．燃料电池能将全部化学能转化为电能 C．银锌电池比能量大，电压稳定，储存时间长 D．一次电池包括干电池和蓄电池 3
第二单元：化学能与电能的转化滦平一中高一化学组化学电源 专题一：化学反应与能量变化化学电源化学电源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变为电能的装置１、化学电池分类电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用．又称充电电池或蓄电池在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用．是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池．干电池： 电池中的电解质溶液制成胶体，不流动，故称干电池．铅蓄电池、
锌银蓄电池、
镍镉电池、
锂离子电池
氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池一、化学电池２、化学电池优点（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。（２）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。（３）易维护，可在各种环境下工作。３、判断电池优劣的标准 （１）比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（２）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（3）电池的储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。盖有铜帽的石墨棒是正极，在石墨棒周围填满MnO2和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸作隔膜；在隔膜外是调成糊状的氯化铵、氯化锌、淀粉，作为电解质溶液；锌筒为干电池外壳，它作为负极。
1、普通干电池二、一次性电池锌—锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。
负极————————————
正极————————————
总反应————————————
Zn-2e- =Zn2+2NH4++2e- = 2NH3↑+H2↑优点：制作简单、价格便宜。
缺点：放电时间短、电压下降快、放电后久置，电解质溶液流出腐蚀电器
2、锌锰干电池(2)工作原理 负极： ； 正极： ； 总反应： 。 原电池电极反应式的书写
（1）注意书写顺序。
（2）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H+、OH—、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。
（3）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。3、银锌电池 总反应： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgKOH溶液ZnAg2O负极：Zn +2OH－-2e- =Zn(OH)2正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH－ 电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流和连续放电
银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨组成的活性材料，另一端填充锌汞合金组成的活性材料。
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，电解质溶液是LiClO4溶于碳酸丙烯和二甲基氧乙烷的混合有机溶剂中，浓度为1mol/L，电池反应为：负极：Li - e- = Li +正极：Li + + MnO2 + e- = LiMnO2 总反应：Li + MnO2 = LiMnO2特点：比能量高，电压高，工作温度宽，可存储时间长1．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，则负极上发生反应的物质是( ) A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn 练习： 2、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，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列说法错误．．的是( ) 练习：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三、二次电池可充电电池也称为____电池，可以反复_____电和_____电，是电池发展的一个重要方向。二次放充1、铅蓄电池:总反应：Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正极：PbO2 + 4H++SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O负极：人们常根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电用途：
优点：
主要缺点：电动自行车、汽车、发电站等都要用到它可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉比能量低、笨重、废弃电池污染环境Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O2、镉镍电池镉镍电池总反应：Cd+2OH- -2e- ==Cd(OH)2 2NiO(OH)+2H2O+2e-==2Ni(OH)2+2OH- 负极：正极： 3、镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行： Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 有关该电池的说法正确的是( ) 练习：增大负正负变式训练3 生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4，下列对铅蓄电池的说法错误的是( ) （一）氢氧燃料电池四、燃料电池（二）甲醇—空气燃料电池构造：钯碳/甲醇、铂—烧结镍/空气、氢氧化钾溶液电池反应：2CH3OH+3O2+4OH-==2CO32-+6H2O负极：正极：优点：能量转换率高2CH3OH-12e-+16OH-== 2CO32-+12H2O3O2+12e-+6H2O== 12OH-燃料电池书写电极反应式应注意以下几点：2．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）；1．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．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－；2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-要充分考虑电极反应后产物所处的介质---- 电解质环境， 应将电解质溶液中参与电极反应的粒子写进电极反应式 。氢氧燃料电池 1、据媒体报道：以氢氧燃料电池为动力的公交车即将在北京试运行。质子交换膜燃料电池（PEMFC）常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢为燃料，空气为氧化剂，铂做催化剂，导电离子是H+。该燃料电池 :
1、正极反应为：___________________。
2、负极反应为：______________________。
3、总的化学反应为：_____________________。
4、氢离子通过电解质向_______移动。（正极、负极）
点燃O2 + 4H+ + 4e－ = 2H2O2H2－4e－ = 4H+2H2 + O2 = 2H2O正极练习：
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： 1、判断该燃料电池的正负极：a极为：__________，b极为：___________。
2、甲烷与氧气燃烧的化学方程式：
_____________________________
3、该燃料电池的总反应方程式：
_____________________________
4、该燃料电池正极反应方程式：
_____________________________
5、该燃料电池负极反应方程式：
_____________________________CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2OO2+2H2O+4e-=4OH-CH4+2O2=CO2+2H2O正极负极练习：
1、今有2H2＋O2 = H2O反应，构成燃料电池
(电解质溶液为KOH)则负极通的应是_____，正极通的应是________，电极反应式为________________、________________。
2、如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为____________________、____________________。
3、(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？_______________________________练习：4、（2004年天津高考理综题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 ( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH--4e- = 2H2O+O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置B练习： 五. 熔融盐燃料电池
这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、CO、---熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐处于熔化状态）才能工作。 工作原理如下图：
正极：2CO2+O2+4e-=2CO32-
例. 熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在6500℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:
负极反应式：
正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32-
总电池反式： 2CO+2CO32--4e- =4CO22CO+O2=2CO2日本产海水电池
以海水电池为能源的航海标志灯1991年，我国科学家首创以铝---空气---海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。
正极：3O2 + 6H2O + 12e- === 12OH-
六、铝---空气---海水 电池 总反应式为：4Al + 3O2 + 6H2O === 4Al(OH)3
负极：4Al – 12e- === 4Al3+
这种电池的能量比普通干电池高20---50倍！
【典例1】 下列有关化学电池的说法中正确的是( ) A．化学电池只能将化学能转化为电能 B．燃料电池能将全部化学能转化为电能 C．银锌电池比能量大，电压稳定，储存时间长 D．一次电池包括干电池和蓄电池 3