化学人教版选修四4．2化学电源课件（共28张PPT）
文档属性
| 名称 | 化学人教版选修四4．2化学电源课件（共28张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 694.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2019-12-24 20:16:07 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
第四章 电化学基础
第二节 化学电源
教学目标：
1.认识一次电池，二次电池，燃料电池等几类电池。
2.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式
叠层电池
纽扣电池
1、各类电池
太阳能电池
铅蓄电池
2、化学电池
1)概念:
将化学能变成电能的装置
2)分类:
①一次电池又称不可充电电池或干电池
②二次电池又称充电电池或蓄电池
③燃料电池
3)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
4)电池优劣的判断标准:
①比能量
［单位：(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。
②比功率
[单位：（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电池的可储存时间的长短
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。
二、化学电池的分类
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
锂离子电池
银锌蓄电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
化学电源
普通锌锰电池
碱性电池
锌筒
石墨棒
MnO2和C
普通锌-锰干电池的结构
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
1、普通干电池
负极
正极
电池反应：
（Zn）：Zn – 2e- = Zn2+
（MnO2和C）：
优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。
2NH4++2MnO2 + 2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O
Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O
(一)一次电池
2、碱性锌-锰干电池
负极—Zn
正极—MnO2
电池反应：
电解质：
KOH
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
［思考］该电池的正负极材料和电解质？
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
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
3、锌银钮扣电池
正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH-
负极：Zn +2OH--2e- =Zn(OH)2
锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH。
总反应: Zn + Ag2O + H2O ＝ 2Ag + Zn(OH)2
一次电池
4、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。
一次电池
4、锂电池（非水有机溶剂电解液）
负极：2Li - 2e- = 2Li+，
正极：I2 + 2e- = 2I-，
总反应：2Li + I2 = 2LiI
跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？
与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。
一次电池
铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池……
1、铅蓄电池
1)正负极材料
正极：PbO2
负极：Pb
2)工作机制
电解质：H2SO4
铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。
(二)二次电池
放电过程总反应：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)
正极：
PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s)+2H2O(l)
发生氧化反应
发生还原反应
负极：
①放电过程
注：铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。
②充电过程
PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq)
（发生还原反应）
阴极：
阳极：
2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) +4 H+(aq)+ SO42-(aq)
（发生氧化反应）
接电源负极
接电源正极
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：
2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
充电
放电
3)优缺点简析
缺点：
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
优点：
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉
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……
电池名称 电压 主要优缺点
普通电池
（锌锰电池） 1.5V 优点：使用方便，便宜。
缺点：寿命、存放期短，约1.5年，不能充电。
碱性锌锰电池 1.5V 优点：电容量大，使用寿命长。
缺点: 不能充电，价格较高。
锌银纽扣电池 1.5V 优点：体积和质量都小，寿命长，约2年缺点：不能充电，价格高。
镍镉电池 1.3V 优点：体积小，质量轻，寿命长，可充放电约3000次。缺点：价格高。
铅蓄电池 2V 优点：电压稳，电容量大，可充电便宜。缺点：笨重，防震性差，不防漏
部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格
二次电池
一次电池
一次电池
二次电池
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，电流总反应式为：
Zn?s?＋2MnO2?s?＋H2O?l?＝Zn?OH?2?s?＋Mn2O3?s?
下列说法错误的是 （ ）
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?＝Mn2O3?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?2 mol电子，锌的质量理论上减小6?5 g
C
练习2、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。
试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为 ；
正极发生的反应为 ；
反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为
Al -3e- = Al3＋
Ag2S+2e- = 2Ag+S2-
3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑
燃料电池
练习3. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：
1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2
据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ）
A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大
B. 电池放电时，镍元素被氧化
C. 电池充电时，氢元素被还原
D. 电池放电时，H2是负极
CD
放电
充电
燃料电池
?????? 燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧
气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转
化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率
可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电
中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮
氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪
30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开
始进入实用阶段。
(三)燃料电池
4、燃料电池
负极H2：
正极O2：
总反应： O2+2H2 =2H2O
氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介质条件下：
2H2+4OH- -4e- =4H2O
O2+2H2O +4e- =4OH-
介质 电池总反应： 2H2 +O2 = 2H2O
酸性 负极
正极
中性 负极
正极
碱性 负极
正极
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
不同介质的燃料电池
燃料电池的规律：
①燃料做负极，助燃剂氧气为正极；
②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。
③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节 约能源。
燃料电池与前几种电池的差别：
①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；
②反应产物不断排出；
优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好
用途：宇宙飞船，应用前景广阔
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-；
燃料电池
电池的发展方向
光电池使用方便，特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展，促使其应用更加快捷。美、日、欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划，开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性，降低成本，不断扩大产业。目前已有80多个国家和16％的市场开拓从空间转向地面系统应用。
减 少 污 染
节 约 资 源
1. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ( )
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式：
CH4 + 10 OH- － 8e- = CO32- + 7 H2O
③正极上是O2获得电子，电极反应式为：
O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH-
④电池放电后，溶液pH升高
A.①②③ B.①③④
C.①②④ D. ①②③④
A
燃料电池
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:
。
KOH溶液
CH4
O2
H2O
a b
CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
Thanks
谢谢您的观看！
第四章 电化学基础
第二节 化学电源
教学目标：
1.认识一次电池，二次电池，燃料电池等几类电池。
2.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式
叠层电池
纽扣电池
1、各类电池
太阳能电池
铅蓄电池
2、化学电池
1)概念:
将化学能变成电能的装置
2)分类:
①一次电池又称不可充电电池或干电池
②二次电池又称充电电池或蓄电池
③燃料电池
3)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
4)电池优劣的判断标准:
①比能量
［单位：(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。
②比功率
[单位：（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电池的可储存时间的长短
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。
二、化学电池的分类
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
锂离子电池
银锌蓄电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
化学电源
普通锌锰电池
碱性电池
锌筒
石墨棒
MnO2和C
普通锌-锰干电池的结构
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
1、普通干电池
负极
正极
电池反应：
（Zn）：Zn – 2e- = Zn2+
（MnO2和C）：
优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。
2NH4++2MnO2 + 2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O
Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O
(一)一次电池
2、碱性锌-锰干电池
负极—Zn
正极—MnO2
电池反应：
电解质：
KOH
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
［思考］该电池的正负极材料和电解质？
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
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
3、锌银钮扣电池
正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH-
负极：Zn +2OH--2e- =Zn(OH)2
锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH。
总反应: Zn + Ag2O + H2O ＝ 2Ag + Zn(OH)2
一次电池
4、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。
一次电池
4、锂电池（非水有机溶剂电解液）
负极：2Li - 2e- = 2Li+，
正极：I2 + 2e- = 2I-，
总反应：2Li + I2 = 2LiI
跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？
与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。
一次电池
铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池……
1、铅蓄电池
1)正负极材料
正极：PbO2
负极：Pb
2)工作机制
电解质：H2SO4
铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。
(二)二次电池
放电过程总反应：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)
正极：
PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s)+2H2O(l)
发生氧化反应
发生还原反应
负极：
①放电过程
注：铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。
②充电过程
PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq)
（发生还原反应）
阴极：
阳极：
2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) +4 H+(aq)+ SO42-(aq)
（发生氧化反应）
接电源负极
接电源正极
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：
2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
充电
放电
3)优缺点简析
缺点：
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
优点：
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉
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……
电池名称 电压 主要优缺点
普通电池
（锌锰电池） 1.5V 优点：使用方便，便宜。
缺点：寿命、存放期短，约1.5年，不能充电。
碱性锌锰电池 1.5V 优点：电容量大，使用寿命长。
缺点: 不能充电，价格较高。
锌银纽扣电池 1.5V 优点：体积和质量都小，寿命长，约2年缺点：不能充电，价格高。
镍镉电池 1.3V 优点：体积小，质量轻，寿命长，可充放电约3000次。缺点：价格高。
铅蓄电池 2V 优点：电压稳，电容量大，可充电便宜。缺点：笨重，防震性差，不防漏
部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格
二次电池
一次电池
一次电池
二次电池
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，电流总反应式为：
Zn?s?＋2MnO2?s?＋H2O?l?＝Zn?OH?2?s?＋Mn2O3?s?
下列说法错误的是 （ ）
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?＝Mn2O3?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?2 mol电子，锌的质量理论上减小6?5 g
C
练习2、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。
试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为 ；
正极发生的反应为 ；
反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为
Al -3e- = Al3＋
Ag2S+2e- = 2Ag+S2-
3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑
燃料电池
练习3. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：
1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2
据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ）
A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大
B. 电池放电时，镍元素被氧化
C. 电池充电时，氢元素被还原
D. 电池放电时，H2是负极
CD
放电
充电
燃料电池
?????? 燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧
气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转
化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率
可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电
中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮
氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪
30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开
始进入实用阶段。
(三)燃料电池
4、燃料电池
负极H2：
正极O2：
总反应： O2+2H2 =2H2O
氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介质条件下：
2H2+4OH- -4e- =4H2O
O2+2H2O +4e- =4OH-
介质 电池总反应： 2H2 +O2 = 2H2O
酸性 负极
正极
中性 负极
正极
碱性 负极
正极
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
不同介质的燃料电池
燃料电池的规律：
①燃料做负极，助燃剂氧气为正极；
②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。
③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节 约能源。
燃料电池与前几种电池的差别：
①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；
②反应产物不断排出；
优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好
用途：宇宙飞船，应用前景广阔
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-；
燃料电池
电池的发展方向
光电池使用方便，特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展，促使其应用更加快捷。美、日、欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划，开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性，降低成本，不断扩大产业。目前已有80多个国家和16％的市场开拓从空间转向地面系统应用。
减 少 污 染
节 约 资 源
1. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ( )
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式：
CH4 + 10 OH- － 8e- = CO32- + 7 H2O
③正极上是O2获得电子，电极反应式为：
O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH-
④电池放电后，溶液pH升高
A.①②③ B.①③④
C.①②④ D. ①②③④
A
燃料电池
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:
。
KOH溶液
CH4
O2
H2O
a b
CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
Thanks
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