高中化学 4_2《化学电源》课件2 新人教版选修4

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第四章 电化学基础 第二节 化学电源 发明电池的故事 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的 物理学家。  有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解 剖学家的一篇论文，说动物肌肉里贮存着电， 可以用金属接触肌肉把电引出来。看了这篇论 文，伏特非常兴奋，便决定亲自来做这个实验。 他用许多只活青蛙反复实验，终于发现，实际 情况并不像加伐尼所说的那样，而是两种不同 的金属接触产生的电流，才使蛙腿的肌肉充电 而收缩。为了证明自己的发现是正确的，伏特 决定更深入地了解电的来源。 发明电池的故事 　　　一天，他拿出一块锡片和一枚银币，把这两种 金属放在自己的舌头上，然后叫助手将金属导线把 它们连接起来，刹时，他感到满嘴的酸味儿。 　接着，他将银币和锡片交换了位置，当助手将 金属导线接通的一瞬间，伏特感到满嘴的咸味。 　这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能 产生电流。伏特想，只要能把这种电流引出来，就 能大有作用。 　伏特经过反复实验，终于发明了被后人称做“ 伏特电堆”的电池，这就是在铜板和锌板中间夹上 卡纸和用盐水浸过的布片，一层一层堆起来的蓄电 池。这种电池，今天仍然在使用着 　　为了纪念他的贡献，人们把电 压的计量单位叫做伏特，简称伏， 符号V。比如我们手电筒里的电池的 电压是1.5伏特，我们家里的电灯的 电压是220伏特。 ［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知 道电池的其它应用吗？ 电池 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 化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 定义 例子 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 小型高性能 燃料电池 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。 二、一次电池 • 普通锌锰干电池：活性物质为NH4Cl和淀粉糊作电解 质，还填有MnO2 和炭黑。电极反应式： 负 极：Zn - 2e－＝　Zn2+ 正 极：2NH4 + + 2e－+2MnO2＝ Mn2O3+ 2NH3↑＋ H2O 总反应：Zn + 2NH4 + +2MnO2＝ Zn2+ +Mn2O3+ 2NH3↑＋ H2O 优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。 碱性锌锰干电池：活性物质为KOH和淀粉糊作电解质，还填 有MnO2 和炭黑。电极反应式： 负 极：Zn - 2e－ + 2OH- ＝ Zn(OH)2 正 极：2MnO2 + 2e－+ 2H2O ＝ 2MnOOH + 2OH- 总反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O＝ 2MnOOH + Zn(OH)2 优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍， 不会气涨或漏液。 缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。 银锌电池 总反应式: Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 电极反应式: 负极: Zn＋2OH-－2e-＝Zn(OH)2 正极: Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH- 电解液: KOH溶液 这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适 宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电 子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。 锂电池 锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 负极： ；正极： 。 用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工 作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。 8Li-8e-=8Li+ 3SOCl2+8e-=6Cl-+SO3 2-+2S 三、二次电池 • 铅蓄电池：其电池反应可以正向和逆向进行．蓄 电池放电时为自发电池，充电时为电解池．充电 后电池容量得到恢复，充放电次数可达千百次 。放电时电极反应式： 负 极：Pb + SO4 2- -2e-＝PbSO4 正 极：PbO2 + 4H+ + SO4 2- + 2e-＝PbSO4 + 2H2O 总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4＝2PbSO4 + 2H2O 　充电时电极反应式与放电时电极反应式相反，所 以可以把上述反应写成一个可逆反应式： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O放电 充电 优点： 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、 价格低廉。 缺点： 比能量低、笨重、废弃电池污染环境。 四、燃料电池 • 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转 换成电能的化学电池。电池的电极本身不 包含活性物质，只是一个催化转化元件。 工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给， 在电极上不断地进行反应，生成物不断地 被排除，于是电池就连续不断地提供电能。 清洁、能量转换率高的特点。 燃料电池 • 氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电 池。 负 极：2H2 - 4e-＝4H+ 正 极：O2 + 4H+ + 4e-＝2H2O 总反应：2H2 + O2＝2H2O 酸性电解质： 碱性电解质: 负 极: 2H2- 4e-+ 4OH- =4H2O 正 极: O2+ 2H2O+ 4e- = 4OH- 总反应: 2H2+ O2 = 2H2O 中性电解质: 负 极: 2H2- 4e- =4H+ 正 极: O2+ 2H2O+ 4e- = 4OH- 总反应: 2H2+ O2 = 2H2O 电解质溶液：KOH 负极： CH4+10 OH-–8e- == CO3 2-+7H2O 正极： 2O2 + 4H2O + 8e- == 8OH- 甲烷燃料电池。 CH4 +2O2+2OH- == CO3 2- + 2H2O 甲醇燃料电池 2CH3OH+4OH-+3O2===2CO3 2-+6H2O 电解质溶液：KOH 正极： 3O2 + 6H2O + 12e- == 12OH- 负极： 2CH3OH+16OH- – 12e- ==2CO3 2-+12H2O 五、书写电极反应式应注意以下几点： 1．确定原电池的正负极，弄清正负极上发生 反应的物质； 2.电极反应是一种离子反应，遵循书写离子 反应的所有规则； 3．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； 4.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CO3 2-形式存在)； 5.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-。 减 少 污 染 节 约 资 源