人教版高中选修4化学4-2：化学电源(21张PPT)

(共21张PPT)
第四章
电化学基础
第二节
化学电源
P74
学与问
一.一次电池
普通锌锰干电池
碱性锌锰电池
2NH4+
+2e－
+
2MnO2
=
2NH3+2MnO(OH)
Zn+2NH4+
+2MnO2=
Zn2++2NH3+
2MnO(OH)
总反应式：
特点：
a：一次性电池，不可逆
b：NH4Cl显酸性，会腐蚀锌筒，用KOH代替NH4Cl能提高性能，延长寿命
Zn
—
2e
－
==
Zn2+
负极(Zn筒)：
正极（石墨）：
普通锌锰干电池
1.负极是
，正极是
，电解质是
;
2.正极电极反应式：
负极电极反应式：
，
总反应式：
。
碱性锌锰干电池
电子表和电子计算器中所用的是纽扣式微型银锌电池，其电极分别为O和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为O＋Zn＋O═2Ag＋。
①工作时电流从极流向极(填“O”或“Zn”)。
②电极反应式：
正极：，
负极:.
③工作时电池正极区的pH(填“增大”“减小”或“不变”)。
银锌电池
化学能
电能
放电
充电
原电池
电解池
特点：二次电池,可多次充放电使用
二.
二次电池
1.铅蓄电池----最早使用的充电电池
负极:
Pb
+SO42－
-
2e－
=
PbSO4
Pb
+
PbO2
+
2H2SO4
=
2PbSO4
+
2H2O
正极:
PbO2
+
4H+
+SO42－
+2e－
=
PbSO4
+
2H2O
2PbSO4
+
2H2O
=Pb
+
PbO2
+
2H2SO4
阴极:
PbSO4
+2e-
=Pb
+SO42-
阳极:
PbSO4
+
2H2O－2e-
=PbO2
+
4H+
+SO42-
例2：铅蓄电池是可充电型电池，电池总反应为：?
Pb+PbO2+2H2SO4
　　2PbSO4+2H2O
?下列说法正确的是
A．Pb为正极被氧化
B．充电Pb电极被氧化
C．该蓄电池放电工作时SO42－只向负极移动
D．铅蓄电池为电解电源，当蓄电池中有0.4mol
H+被消耗时，电路中通过的电子的物质的量为0.4mol
2.镍－镉碱性蓄电池
已知总反应为：Cd+2NiO(OH)+2H2O==Cd(OH)2+2Ni(OH)2
负极：Cd+2OH－—2e－=Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+2
OH－
特点：体积小，便于携带
使用寿命长
Cd为致癌物质，对环境有污染
3.新一代可充电的绿色电池——锂离子电池
特点：质量轻，高能电池，贮存时间长等。
用途：电脑、电话、数码照相机等。
Li的金属性强，不能直接与电解质水溶液接触
Li1－xMn2O4＋xLi
LiMn2O4
LixC6＋Li1－xCoO2
C6＋LiCoO2。
常见的锂离子电极材料
正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)
LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)
LiMPO4(M：Fe等)
负极材料：石墨(能吸附锂原子)
负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC
正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2
锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋
通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
(2)电池正极反应式为_____________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？______(填“是”或“否”)，原因是______________________
课堂练习
特点：（1）环境友好；
（2
）高效（理论利用率达85-90%，实际40-60%）
（3）燃料和氧化剂由外设备提供
2H2
+
O2
==
2H2O
点燃
三.燃料电池
2H2
+4OH-
-
4e-=4H2O
O2+2H2O+
4e-=
4OH-
2H2
+
O2
=
2H2O
(1)当电解质溶液为KOH溶液时
负极：
正极：
放电总反应式：
负极：
正极：
放电总反应式：
（2）当电解质溶液为稀H2SO4
2H2
-
4e-=4H+
O2+
4H+
+
4e-=
2H2O
2H2
+
O2
=
2H2O
【变式1】若该电池以固体氧化锆-氧化钇为电解质，已知这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2－）在其间通过，各电极反应又如何？
负极:
.
正极:
.
总反应:
.
2H2
-
4e-+2O2-=2H2O
O2+
4e-=
2O2－
2H2
+
O2
=
2H2O
【变式2】若以甲烷为燃料电池电解质为熔融态的K2CO3，工作温度为600～800℃,正极辅助通入CO2。写出该燃料电池中各电极反应及总反应。
负极:
。
正极:
。
总反应
:
。
引入CO2的作用：
。
CH4
－8e－+4
CO32
－
=5CO2+2H2O
2O2+8e-+4CO2==
4
CO32
－
CH4+
2O2
=2H2O+
CO2
维持溶液中离子浓度不变
【变式3】写出甲烷燃料电池（CH4O-O2-KOH溶液）的电极反应式
负极
正极
总反应式
CH4
+10OH-
－8e-==CO32-+7H2O
CH4
+
2O2
+2OH-
=3H2O+
CO32-
2O2+8e-+4H2O==
8OH-
【变式4】若上述燃料电池以甲烷为燃料，在H2SO4溶液中发生反应构成原电池，试写出各极电极反应。
负极:
，
正极:
，
总反应:
。
CH4
+2H2O－8e-=CO2+8H+
CH4
+
2O2
=2H2O+
CO2
2O2+8e-+8H+=
4H2O
CO-O2熔融盐燃料电池的装置如图所示，电池工作时，C口产生的气体一部分通入B口被利用，另一部分被分离出来。若导线中流过2
mo1
e－，理论上C口被分离出的气体的物质的量最多为
。
课堂练习
电池的一个电极由有机光敏染料(s)涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极南导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：
TiO2/S
???????
TiO2/S
（激发态）
TiO2/S
→TiO2/S++e-
I3－+2e－
→3I－
TiO2/S++3I
－
→2TiO2/S+I3－
下列关于该电池叙述错误的是
A电池工作时，I-离子在镀铂导电玻璃电极上放电
B电池工作时，是将太阳能转化为电能
C电池的电解质溶液中I-和I3-的浓度不会减少
D电池中镀铂导电玻璃为正极
四.太阳能电池