化学:4.2《化学电源》课件(新人教版选修4)

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充电
放电
Cd+2NiO(OH)+2H2O
由此可知,该电池的负极材料是( A )
A. Cd B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2
电极反应:
负极:Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
(三)燃料电池
大有发展前景的燃料电池
Pt电极
O2
KOH
氢氧燃料电池模拟
若将氢气换成甲烷,写出各电极的电极反应
若将氢气换成甲烷,写出各电极的电极反应 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____负极 ,这一极的电极反应 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H 为___________________ ;通入氧气的一极 2O 正极 为_______ ,电极反应为 __________________________________,总 CH4+2O 反应为_____ _____________________ 2+2KOH=K2CO3+3H2O 。
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
固体燃料电池
介质 电池反应: 2H2 +O2 = 2H2O 负 极 正 极 负 极 正 极
2H2 - 4e- +2O2-= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2- 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
氢氧燃料电池 航天技术上使用的一种电 H2 池,它具有高能、轻便、 不污染环境等优点。用Pt 做电极,KOH溶液做电解 液,因其反应与氢氧燃烧 相似,故称为氢氧燃烧电 池。请写出各电极的电极 反应。
第四章
电化学基础
第二节
化学电源
知识点1:化学电池
1)概念: 将化学能变成电能的装置 ①一次电池又称不可充电电池——如:干电池 2)分类: ②二次电池又称充电电池——蓄电池 ③燃料电池 3)优点: 伏打电池供电量小,电压低,电流不稳定; 携带不便实用电池供电量大,电压高,电流稳定;安 全、耐用、便携;有特殊用途;便于回收、污染小。 4)电池优劣的判断标准: 比能量(指电池单位质量或单位
燃 料 电 池
介质 酸性 中性 碱性 电池反应: 2H2 +O2 = 2H2O 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-
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
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:
正极:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
负极材料:Cd; 正极材料:涂有NiO2, 电解质:KOH溶液。 反应式如下:
3、镉镍电池
NiO2+Cd+2H2O
放电
充电
Ni(OH)2+ Cd(OH)2
写出电极反应式。
特点:比铅蓄电池耐用,可密封反复使用。
镍—镉可充电电池可发生如下反应:
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
正极反应式:
总反应式:
2CO+O2=2CO2
3.锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能 量高而受到了普遍重视,目前已研制成功多种锂 电池,某种锂电池的总反应为Li + MnO2=LiMnO2, 下列说法正确的是( B ) A、 Li是正极,电极反应为Li - e- = Li+ B、 Li是负极,电极反应为Li - e- = Li+ C、 Li是负极,电极反应为MnO2 + e- = MnO2 – D、 Li是负极,电极反应为Li -2e- = Li2+
4NH4Cl+2Zn+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O
请写出各电极的电极反应。
干电池
普通锌锰干电池:(-)Zn ZnCl2、NH4Cl(糊状) 石墨(MnO2)(+) 负极: Zn-2e-=Zn2+ 正极: 2NH4++2e-=2NH3↑+H2 ↑ 总电池反应方程式 :2NH4Cl+Zn=ZnCl2+2NH3↑+H2↑
2、迷你型电池
HgO(S)+Zn(S)=Hg(l)+ZnO(S) Ag2O(S)+Zn(S)=2Ag(l)+ZnO(S)
优点:电压高、稳定,低污染。
用途:手表、相机、心率调节器
3、锂电池
锂电池:(-)Li(S) LiI(晶片) I2(+) 锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2):8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 2负极: 8Li-8e-=8Li+;正极: 。 3SOCl2+8e-=6Cl-+SO 3 +2S
氢氧燃料电池
This fuel cell was used to supply electricity for the Apollo Space Program
燃料电池
(-)Ni(多孔) KOH(溶液) NiO2 (+) 优点:能量转化率高,可持续使用,不 污染环境 用途:宇宙飞船,应用前景广阔 负极 : 2H2+4OH--4e-=4H2O 正极 : O2+2H2O+4e-=4OH总反应方程式 : 2H2+O2=2H2O
2、银锌蓄电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。
正极壳填充Ag2O和石墨,负极盖填充锌汞合 金,电解质溶液KOH。反应式为: 充电 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 放电
课 堂 总 结
1、仅有一个电极材料参与反应的原电池: 负极:M-xe=Mx+ 正极:析氢或吸氧或析出不活泼金属
2、两个电极均参与反应的原电池
(如蓄电池,纽扣电池)
①电极材料:金属为负极,金属化合物为正极.
②电子得失均由两电极本身发生. ③电极反应需考虑电解质溶液的参与.
3、电极材料本身均不参与反应的电池(燃料电池)
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。
(二)二次电池 1、铅蓄电池
正极材料 上涂有棕褐 色的PbO2, 负Байду номын сангаас材料是 海绵状的金 属铅,两极 浸在H2SO4 溶液中。写 出电极反应 式。
铅蓄电池
负极 Pb+SO42--2e-=PbSO4↓ 正极 PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4↓+2H2O 总反应方程式: Pb+PbO2+2H2SO4 放电 2PbSO4+2H2O
①两电极材料均为惰性电极.
②负极-可燃性气体失电子,正极-助燃性气体得
电子.
③电极反应考虑电解质溶液.




1、在含有H2S气体的空气中,银器表面易变黑(生成了 Ag2S),原因是银发生了 (填析氢或吸氧)腐 蚀,其电极反应式为:负极 正极 ,最终在表面生成Ag2S的离 子反应方程式为 .为了除去银器表 面Ag2S,可采用如下方法:在一个铝制的容器中放入食盐 溶液,将银器浸入食盐溶液,使银器与铝接触良好.过一 段时间,银器表面变为银白色,并闻到臭鸡蛋的气味,观 察到有少量白色絮状沉淀生成,请用电极反应式和离子方 程式表示上述过程. Al-3e-=Al3+ Ag2S+2e-=2Ag+S22Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S↑
Zn-2e-=Zn2+
2NH4++2e-=2NH3+H2
Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2
锌锰碱性电池
锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为MnO2 ,还原 产物为Mn2O3 ,电解质是KOH溶液,其放电曲线如图所示:
请写出电极反应式并分析其工作原理。该电池有何优点? 负极:Zn + 2OH--2e- = Zn(OH)2 正极:2MnO2 + H2O + 2 e- = Mn2O3 + 2OH- 总: Zn + 2MnO2 + H2O = Zn(OH)2 + Mn2O3 优点: 工作电动势稳定
体积所能输出电能的多少)的大小和电池的储存时间的长短。
知识点2:各类电池
锂电池
各 类 电 池
干电池
叠层电池
纽扣电池
(一) 一次电池
1、干电池(普通锌锰电池)
干电池用锌制桶形外壳作 负极,位于中央的顶盖有 铜帽的石墨作正极,在石 墨周围填充NH4Cl、ZnCl2 和淀粉作电解质溶液,还
填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2,防止产生极化 现象。电极总的反应式为:
写出电极反应式。
银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的 充电和放电过程可以表示为: 2Ag+Zn(OH)2
充电 放电
Ag2O+Zn+H2O
此电池放电时,负极上发生反应的物质是(D ) A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
电极反应: 负极:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率, 因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔 融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空 气与CO2的混合气为阴极燃气,制得在 65℃下工作的燃料电池,完成有关的电池 反应式: 负极反应式:2CO+2CO32-=4CO2+4e
O2+4e-+2CO2=2CO32-
充电
特点:电压高稳定,可反复使用,安全、方便、可靠。铅易产生氢 气损耗,充电时需加水。 用途:汽车电源
铅蓄电池(原电池)工作时,总反应为 Pb+PbO2+2H2SO4 放电 2PbSO4+2H2O,
由此可以判断:
充电
PbO2 (1)原电池的电极材料:正极为_____ Pb 负极为_____
(2)两极的电极反应式:
-+SO 2-+4H+=PbSO +2H O PbO +2e 2 4 4 2 正极为__________________
Pb-2e-+SO42-=PbSO4 负极为_______________________
(3)工作一段时间后,蓄电池里电解质溶液的 pH______ 变大 (填变大、变小、不变)
迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 绿色电池种种
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 国家和地区形成 商业化,半商业化 生产能力,年均增 长达16,市场开拓 从 空间转向地面 系统应用。
缺点:放电量小,放电过程中易气涨或漏液
改进后碱性锌锰电池的优点: 电流稳定,放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液。
H2O+4MnO2+2Zn=Zn(OH)2+ZnO+2Mn2O3 二氧化锰的用途
练:写出锌锰干电池的电极反应和总化学反 应方程式。
负极———————————————— 正极———————————————— 总反应——————————————— 通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变 化判断它已经不能正常供电了? 锌筒变软,电池表面变得不平整 我们在 _____________________________ 使用干电池的过程中并没有发现有气体产生, 请推测可能是干电池中的什么成分起了作用? MnO2
O2+4e-+2H2O=4OH-
电池的用途

电子钟表 、袖珍记数器 照相机、手机、摄像 机、电动工具、电动自行车、家用电脑等。
投 入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池 有相同的工作电压(12伏),但由于采用了稀土合金或TiNi合 金储氢材料作为 负极活性物质,取代了致癌物质镉,使其 成 为一种绿色环保电池。 锂离子蓄电池系由碳作负极,嵌锂的 金属氧化物作 正极和有机电解质构成,其工作电压为36伏, 因此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可 充电碱锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起 来的,由于 应用了无汞化的锌粉及新型添加剂,不仅保持了原电池 的电 流放电特性,而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利 用P—N结的光电效应,把太阳光能直接转换成电 能,满足用 户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简 单可靠、减少维护、建设周期短等特点,已被空间和无常规能 源的地域广泛采用。
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