人教版化学选修四-化学电源.ppt
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中性电解质:负极:2H2-4e- === 4H+ 正极: O2+2H2O+4e- === 4OH-
总反应:2H2+O2 == 2H2O
氢氧燃料电池
介质 电池总反应: 2H2 +O2 = 2H2O
酸性 中性 碱性
负极 正极 负极 正极 负极 正极
2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
(3)乙醇燃料电池 用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液,分别向两极 通入乙醇和氧气。 ①酸作电解质 负极:C2H5OH+3H2O-12e-====2CO2+12H+ 正极:3O2+12H++12e-====6H2O 总反应式:C2H5OH+3O2====2CO2+3H2O ② KOH作电解质 负极:C2H5OH+16OH--12e-====2CO32-+11H2O 正极:3O2+12e-+6H2O====12OH总反应式:C2H5OH+3O2+4OH-====2CO32-+5H2O
用途广泛的电池
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
各
像
式
机
各
专 用
池
样 的
电
纽
池
扣
电
普通锌锰电池
镍氢电池
镍 镉 电 池
碱性电池
锂离子电池
小型高性能燃料电池
电池发明的小故事
(意大利生物 学家伽伏尼)
1791年他在解剖时在实验 室将悬有去了皮的青蛙腿的 铜钩挂在铁架台上,发现蛙 腿会有肌肉抽搐的现象。伽 伏尼认为动物的组织会产生 电流,而金属是传递电流的
(2)甲烷燃料电池
用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中,然后
向两极分别通入CH4和O2,该电池的反应式: ① H2SO4溶液: 负极:CH4+2H2O-8e-====CO2+8H+ 正极:2O2+8H++8e-====4H2O 总反应式:CH4+2O2====CO2+2H2O ② KOH溶液:
负极:CH4+10OH--8e-====CO32-+7H2O 正极:2O2+4H2O+8e-====8OH- 总反应式:CH4+2O2+2OH-====CO32-+3H2O
二、化学电源电极反应式的书写 1.根据装置书写电极反应式 (1)确定原电池的正负极及放电的物质。 首先根据题目给定的图示装置特点,结合原电池正负极 的判断方法,确定原电池的正负极及放电的物质。
(2)书写电极反应式。 ①负极反应: 规律:活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属 阳离子或H+(或其他氧化产物)。 特例:若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或 H+能反应,则该阴离子应写入电极反应式,如铅蓄电池 的负极反应是Pb+SO42--2e-====PbSO4。
(4)丁烷燃料电池 一个电极通入丁烷,一个电极通入氧气,用掺杂了 Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体作电解质, 晶体高温时能传导O2-。
负极:2C4H10-52e-+26O2-====8CO2+10H2O 正极:13O2+52e-====26O2总反应式:2C4H10+13O2====8CO2+10H2O
换成电能的化学电池。
(1)氢氧燃料电池:
酸性电解质: 负极:2H2-4e- === 4H+ 正极:O2+4H++4e- === 2H2O 总反应:2H2+O2 === 2H2O
碱性电解质
小型高性能燃 料电池
负极: 2H2-4e-+4OH- === 4H2O 正极: O2+2H2O+4e- === 4OH总反应: 2H2+O2 === 2H2O
负 极:Zn-2e-====Zn2+ 正 极:2NH4++2e-+2MnO2====Mn2O3+2NH3↑+H2O 总反应:
Zn + 2NH4++2MnO2====Zn2++Mn2O3+2NH3↑+H2O
普通锌锰电池
优点:制作简单、价格便宜。
缺点:放电时间短,电压下降快。
(2)碱性锌锰电池:活性物质为KOH和淀粉糊,做电 解质,还填有MnO2和炭黑。电极反应式:
镉镍电池总反应:
放电
Cd+ 2NiO(OH) +2 H2O 充电 2Ni (OH)2 + Cd(OH)2 氢镍电池总反应:
放电
2H2+ 2NiO(OH) 充电 课后思考:
2Ni(OH)2
根据上面所给的总方程式,你能写出各极发生的
反应方程式吗?
三、燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转
放电
化学能
电能
充电
放电过程
铅蓄电池工作原理
负极:
Pb(s) + SO42-(aq)-2e- ====PbSO4(s) 氧化反应
正极:
PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e- ====PbSO4(s)+2H2O(l)
放电过程总反应
还原反应
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)====2PbSO4(s)+2H2O(l) 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
2、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
优点:电池比能量大、电压稳定,储存时间长。适宜 小电流连续放电,常制成纽扣式微型电池,广泛用于 电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。
极本身)
流出电子
氧化性较强 的物质
流入电子
酸、碱、 盐溶液 或熔融 液
反应类型
氧化反应
还原反应
化学电池的分类
一次电池:活性物质消耗到一定程度,就不能使用,其 电解质Hale Waihona Puke Baidu液制成胶状,不流动,也叫干电池,如锌锰电 池;
二次电池:放电后可以再充电使活性物质获得再生,又 叫充电电池或蓄电池,如铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电 池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池;
(5)熔融盐燃料电池 一极通入CO,一极通入空气和CO2混合气体,以Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐作电解质。 负 极:2CO+2CO32--4e-====4CO2 正 极:O2+2CO2+4e-====2CO32总反应式:2CO+O2====2CO2
【特别提醒】(1)通常燃料电池的负极是可燃性物质失去电子, 正极是氧气得电子,电极材料是惰性电极,电极本身不参与放电。 (2)书写燃料电池电极反应时要特别注意电解质溶液的离子参与 电极反应,要写入电极反应式中。
锂电池的特点及用途
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。锂电池的比能量高电压高,工 作温度宽。由于锂电池性能优异,广泛应用于 军事和空间领域,民用领域以微小功率为主, 例如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等 的电源
二、二次电池
铅蓄电池
第四章 电化学基础
第二节 化学电源
思考: 在日常生活和学习中,你用过哪些电池,你
知道电池的其他应用吗? 化学电池 将化学能转换成电能的装置
电池 太阳能电池 将太阳能转换成电能的装置
原子能电池 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换 为电能的装置
用途广泛的电池
用于汽车的铅蓄电池和燃料电池
②正极反应: 规律:阳离子得电子生成单质(或氧气得电子)。 特例:若是氧气得电子,要考虑电解质溶液的情况。 中性或碱性:O2+2H2O+4e-====4OH- 酸性:O2+4H++4e-====2H2O。
(3)写出电池总反应方程式。 结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池 总反应方程式。
2.给出电池总反应式,写电极反应式 (1)一般书写步骤为: ①列物质,标得失。②选离子,配电荷。③配个数,巧用水。 ④两式加,验总式。 (2)如以2H2+O2====2H2O为例,当电解质溶液为KOH溶液时的电 极反应式的书写步骤: ①负极反应式的书写: 根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为H2, 转移电子为4e-:2H2-4e-====4H+。
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 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总反应相当于燃料在助燃剂中燃烧,但应注意电解质 溶液的影响而的最终产物的存在形式
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; ③能量转化率高(超过80%),普通的只有30%, 有利于节约能源。
负 极:Zn-2e-+2OH- ====Zn(OH)2 正 极:2MnO2+2e-+2H2O====2MnOOH+2OH-
氢氧化氧锰
总反应:Zn+2MnO2+2H2O====2MnOOH+Zn(OH)2
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。
缺点:多数只能一次使用,不能充电;价格较贵。
②根据电解质溶液的酸碱性,用H+或OH-或其他离子配 平,使两边电荷总数相等即得
2H2+4OH--4e-==4H2O。 ③利用H2O使两边的元素守恒,即得:
2H2-4e-+4OH-==4H2O。 同理,正极反应式的书写如下:
O2+4e-==2O2-, O2+2H2O+4e-====4OH-。 注意:在碱性溶液中提供H+使O2-变为OH-的是水,要 写成化学式的形式。 将正、负极反应式相加,若得到总反应式,说明写法正确。
的多少。单位:(W·h)/kg,(W·h)/L 比功率:电池单位质量或单位体积所能输出功率
的大小。单位:W/kg,W/L 储存时间:电池的可储存时间的长短
一、一次电池
放电之后不能充电(内部的氧化还原反应不可逆)
1、锌锰电池
碱性锌锰电池
普通锌锰电池
锌锰电池工作原理
(1)普通锌锰电池:活性物质为NH4Cl和淀粉糊,做 电解质,还填有MnO2和炭黑。电极反应式:
充电过程
接电源负极 阴极 PbSO4 (s) +2e-====Pb(s) + SO42-(aq) 还原反应
接电源正极
阳极 PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-====PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-
(aq) 充电过程总反应:
氧化反应
2PbSO4(s)+2H2O(l)====Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 铅蓄电池的充放电过程:
【特别提醒】根据给出的两个电极反应式,写总反 应方程式时,首先要使两个电极反应式的得失电子 相等后再将两式相加,消去反应物和生成物中相同 的物质即可。注意:若反应式同侧出现不能共存的 离子,如H+和OH-、Pb2+和SO42-,要写成反应后的 物质如H2O和PbSO4。
1.一种新燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体; 电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融 状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法正确的是( BC ) A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极 B.电池的总反应是:2C4H10+13O2 ==== 8CO2+10H2O C.通入空气的一极是正极,电极反应为:O2+4e- ====2O2D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为: C4H10+26e-+ 13O2- ==== 4CO2 + 5H2O
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,如氢气、甲醇、天然气、煤气与氧 气组成燃料电池。
电池的优点
①能量转化率较高; ②供能稳定可靠; ③可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电
池组; ④使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作。
衡量电池优劣的指标 比能量:电池单位质量或单位体积所能输出电能
导体。
他从独特的角度认为电流 是由两种不同的金属产生的, 经过一系列的实验,终于在 1800年成功研制了世界上 第一个能产生稳定电流的电 (法国物理学家、 池(见下图)。 化学家伏特)
化学电池的组成
组成 电极材料
电极上发生 反应的物质
电子流向
负极
正极
电解质
能导电的物质
还原性较强 的物质(大 多是金属电
3、锂电池
锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2):8Li+3SOCl2====6LiCl+Li2SO3+2S 负极: 8Li-8e-====8Li+ ; 正极: 3SOCl2+8e-====6Cl-+SO32-+2S 。
锂电池
用途:质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳 定电压、宽工作温度、高使用寿命,广泛应用于军 事和航空领域。
2PbSO4(s)+2H2O(l)
放电 充电
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
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
其他二次电池 镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物 锂离子蓄电池……
镉镍电池与氢镍电池: