高中化学 4_2《化学电源》课件1 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 形形色色的电池 A Cu Zn 稀 H 2 SO 4 KOH 溶液 CH4 O 2 H 2 O a 极 b 极 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 化学电池 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 你知道吗？ 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 —— 干电池 ② 二次电池又称充电电池 —— 蓄电池 ③ 燃料电池 —— 氢氧燃料电池 化学电池 银 锌 钮扣电池 正极： Ag 2 O + H 2 O+ 2e - =2Ag+2OH － 负极： Zn +2OH － -2e - =Zn(OH) 2 总反应： Zn+Ag 2 O + H 2 O = Zn(OH) 2 +2Ag 一次电池 一次电池 普通锌锰电池 锌筒 石墨棒 MnO 2 和 C 普通锌 - 锰干电池的结构 NH 4 Cl 、 ZnCl 2 和 H 2 O 等 普通干电池 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 电解质： KOH 负极： —— Zn Zn + 2OH - - 2e- = Zn(OH) 2 正极： —— MnO 2 2MnO 2 +2H 2 O+2e - =2MnOOH+2OH - 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 电池反应： Zn+2MnO 2 +2H 2 O=2MnOOH+Zn(OH) 2 碱性电池 一次电池 二次电池 铅蓄电池 放电过程总反应： Pb+PbO 2 +2H 2 SO 4 =2PbSO 4 +2H 2 O Pb + SO 4 2- -2e - =PbSO 4 正极： PbO 2 + 4H + +SO 4 2- +2e - =2PbSO 4 +2H 2 O 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 铅蓄电池 负极 正极 ② 充电过程 PbSO 4 +2e - =Pb + SO 4 2- 还原反应 阴极： 阳极： PbSO 4 +2H 2 O -2e - = PbO 2 + 4H + + SO 4 2- 氧化反应 接电源负极 接电源正极 充电过程总反应： 2PbSO 4 +2H 2 O=Pb+PbO 2 +2H 2 SO 4 铅蓄电池的充放电过程： Pb+PbO 2 +2H 2 SO 4 2PbSO 4 +2H 2 O 放电 充电 缺点： 比能量低、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、银锌电池、锂电池、锂离子电池 …… 铅蓄电池 燃料电池 燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应，将化学能直接转换成电能的化学电源。（氢气、甲烷、肼、甲醇、氨等燃料电池 …… ） 氢氧燃料电池 碱性电解质（ KOH ） 负极 : 2H 2 -4e - +4OH - ==4H 2 O 正极 : O 2 +2H 2 O+4e - ==4OH - 总反应 : 2H 2 +O 2 ==2H 2 O 若把氢氧化钾换成 硫酸 , 电极反应式又该如何呢？ 酸性电解质 ： 负极： 2H 2 -4e - ==4H + 正极： O 2 +4H + +4e - ==2H 2 O 总反应： 2H 2 +O 2 ==2H 2 O 若将上述电池的 电解液换成质子交换膜 ，所形成的电池就是质子交换膜电池，质子交换膜能允许氢离子通过，请写出质子交换膜电池的电极反应式和总反应式。 负极 ： 2H 2 -4e - ==4H + 正极 ： O 2 +4H + +4e - ==2H 2 O 总反应 ： 2H 2 +O 2 ==2H 2 O 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； ③ 能量转化率高 ( 超过 80%) ，普通的只有 30% ，有利于节约能源。 缺点： 体积较大、附属设备较多 优点： 能量转换率高、清洁、对环境好 其它燃料电池： 烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池 …… 燃料电池的规律 燃料电池与前几种电池的差别： 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。 若将上述碱性电池中的燃料换成 甲烷 ，请写出电极反应式和总反应式。 总反应式 ： CH 4 +2O 2 +2KOH=K 2 CO 3 +3H 2 O 正极 ： 2O 2 +8e - +4H 2 O=8OH - 负极 ： CH 4 -8e - +10OH - =CO 3 2- +7H 2 O 若将上述碱性电池中的燃料换成 甲醇 ，请写出电极反应式和总反应式。 总反应 ： 2CH 3 OH+3O 2 +4KOH=2K 2 CO 3 +6H 2 O 正极 ： 3O 2 +12e - +6H 2 O=12OH - 负极 ： 2CH 3 OH-12e - +16OH - =2CO 3 2- +12H 2 O 怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？ 书写步骤： 1 、写出燃烧反应； 2 、根据电解液改写燃料电池总反应； 3 、写出正极的电极反应式 ( 一般较简单 ); 正极反应一般为： ①酸性介质 O 2 +4H + +4e － =2H 2 O ② 碱性介质 O 2 +2H 2 O+4e － =4OH － 4 、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式 得负极的电极反应式。 其它常见化学电源的电极反应式也可据此写出 熔融盐燃料电池 是一种高温燃料电池。其工作原理是在负极通入燃料，在正极通入氧气，使用高温熔融盐作为电解质。某燃料电池使用碳酸钾作为熔融盐电解质，在一极通入一氧化碳，在另一极通入二氧化碳和氧气的混合气，已知该电池的一个电极反应式为： CO ＋ CO3 2 － － 2e － ＝ 2CO 2 , 请根据原电池的工作原理，写出另一电极反应的电极反应式和总反应方程式。 固体氧化物燃料电池 是一种采用固体氧化物作为电解质的燃料电池。该电池中的固体氧化物电解质是一种特殊的固体电解质，能够允许氧离子通过。其工作原理是在负极通入燃料，在正极通入氧气，而氧气所形成的 氧离子 能够通过氧化物电解质。某燃料电池使用固体氧化物作为电解质，在一极通入一氧化碳，在另一极通入氧气，请根据原电池的工作原理，写出电极反应式和总反应方程式。 小结： 化学电源 1 、一次电池 2 、二次电池 3 、燃料电池 —— 锌锰干电池 —— 铅蓄电池 —— 氢氧燃料电池 掌握每一类典型 电池的正负极、 电极反应； 了解 每一类电池的优 缺点；对其它电 池有初步的认识 冲击高考题 : 1 、（ 江苏高考）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  ＋ 2MnO 2  s  ＋ H 2 O  l  ＝ Zn  OH  2  s  ＋ Mn 2 O 3  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： 2MnO 2  s  ＋ H 2 O  l  ＋ 2e  ＝ Mn 2 O 3  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，锌的质量理论上减少 6  5 g C 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 CH 4 O 2 H 2 O a b CH 4 +10OH - - 8e - =CO 3 2- +7H 2 O CH 4 +2O 2 +2KOH=K 2 CO 3 +3H 2 O 3 、如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 － ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ 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 C