选修4第四章4.2《化学电源》原创课件(人教版选修4)

第四章电化学基础第二节化学电源人教版选修4·化学反应原理电极材料电子流向反应类型组成负极正极电解质相对活泼的金属流出电子氧化反应酸、碱或盐的溶液相对不活泼的金属（或能导电的非金属）流入电子还原反应原电池的组成问题讨论1、通过日常生活的学习，你知道哪些电池？其中哪些属于化学电池？2、化学电池与其他能源相比有哪些优点？3、判断电池的优劣标准主要是什么？4、目前化学电池主要分为哪几大类？产生电能的基本原理是什么？各自有什么特点？锂电池干电池叠层电池纽扣电池各类电池1：各类电池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。碱性锌-锰干电池负极--Zn正极—MnO2电池反应：电解质：KOHZn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+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？碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、时间比干电池增大几倍，不会气涨或漏液。(一)一次电池钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO2、银-锌电池负极：正极：总反应：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2OAg2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-Ag2O+Zn=ZnO+2Ag铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池……3、铅蓄电池1)正负极材料正极：PbO2负极：Pb2)工作机制电解质：H2SO4溶液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)氧化反应还原反应负极：①放电过程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)还原反应阴极：阳极：2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)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)放电充电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……大有发展前景的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。第一代燃料电池的大致情况如下：(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2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-燃料电池介质电池反应：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-=2H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-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：1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；3．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）；2．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；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％,•市场开拓从空间转向地•面系统应用。减少污染节约资源将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应为___________________；通入氧气的一极为_______，电极反应为__________________________________，总反应为__________________________。负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O1.若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应2、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的熔融盐混合物用作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,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-总电池反应式:.2CO+2CO32--4e-=4CO22CO+O2=2CO2