【高中化学】化学电源 高一化学同步教学课件（人教版2019必修第二册）.pptx

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1、第六章第六章 化学反应与能量化学反应与能量第一节第一节 化学反应与能量变化化学反应与能量变化 第三课时 化学电源用于用于“神六神六”的太阳能电池的太阳能电池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池各各式式各各样样的的纽纽扣扣电电池池用途广泛的电池用途广泛的电池各类电池各类电池电池电池将化学能转换成电能的装置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转变为电能的装置碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄碱性锌锰电池、锌

2、银电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。离子电池等。广泛应用于通讯、交通、文化、广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品。高科技、办公及家用电子产品。高科技、军事、生产行业也有特殊应用军事、生产行业也有特殊应用。化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池化化学学电电池池氢气、甲醇、天氢气、甲醇、天然气、煤气与氧然气、煤气与氧气组成燃料电池气组成燃料电池铅蓄电池铅蓄电池锌银蓄电池锌银蓄电池镍镉电池镍镉电池锂离子电池锂离子电池普通干电池普通干电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池一次电池：一次电池：电池中的反应物质进行一次氧

3、化还电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就原反应并放电之后，就不能再次利用不能再次利用。二次电池：二次电池：又称充电电池或蓄电池。放电后经又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可作能力，可多次重复使用多次重复使用。燃料电池：燃料电池：是一种连续地将燃料和氧化剂的化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，又称学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电连续电池。池。化学电池化学电池比能量比能量 单位：单位：(wh/kg)，(wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量

4、或单位体积所能输出电能的多少比功率比功率 单位：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指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小电池的可储存时间的长短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、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。储存时间长的电池，其质量好。2 2、判断电池的优劣标准主要是什么、判断电池的优劣标准主要是什么？化学电池化学电池化学电池化学电池3.3.化学电池的优点化学电池的优点(1)(1)化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。(2)(2

5、)可可以以制制成成各各种种形形状状和和大大小小、不不同同容容量量和和电电压压的的电电池池及及电池组。电池组。(3)(3)使用方便，易于维护，可在各种环境下工作。使用方便，易于维护，可在各种环境下工作。一次电池一次电池普通锌锰电池普通锌锰电池1、电池材料、电池材料普通锌锰电池普通锌锰电池正极：正极：MnO2和和C负极：负极：Zn2、工作工作原理原理负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：3、特点、特点 缺点：缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液放电量小，放电过程中易气涨或漏液Zn2e-=Zn2+2MnO2+2NH4+2e-=2MnOOH+2NH3 Zn+2MnO2+2NH4Cl=2MnOOH+

6、ZnCl2+2NH3锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌锰干电池的结构普通锌锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等一次电池一次电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池1、电池材料、电池材料碱性锌锰电池碱性锌锰电池正极：正极：MnO2负极：负极：Zn2、工作工作原理原理负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-碱性锌锰电池碱性锌锰电池构造示意图构造示意图电解质：电解质：KOH总反应：总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOHZn(OH)23、特点、特点 缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次

7、使用，不能充电；价格较贵 比能量和储存时间有所提高，适用于大比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和电流和连续放电（连续放电（电流稳定，放电电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液）容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液）一次电池一次电池银银-锌电池锌电池1、电池材料、电池材料银银-锌电池锌电池正极：正极：Ag2O负极：负极：Zn2、工作工作原理原理负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag +2OH-电解质：电解质：KOH总反应：总反应：Ag2O +Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag3、特点、特点 缺点：缺点：电压稳定，连续使用性能好，

8、低污染。电压稳定，连续使用性能好，低污染。1、锂亚硫酰氯电池、锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：负极：；正极正极：。用用途途：质质轻轻、高高能能(比比能能量量高高)、高高工工作作效效率率、高高稳稳定定电电压压、工工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。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-+SO32-+2S一次电池习题一次电池习题锂电池锂电池2、碱碱性性电电池池具具有有容容量量大大、放放电电电电流流大大的的特特点点，因因而而得得到到广广泛泛应应用用。锌锌锰碱性电

9、池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：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 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列下列说法错误的说法错误的是是()A 电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为：2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过外电路中每通过0 2 mol电子，锌的质量理论上减小电子，锌的质量理论上减小6 5 g C一次电池习题一次电池习题二次电池二次电池铅蓄电

10、池铅蓄电池铅蓄电池铅蓄电池1、电池材料、电池材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb2、工作原理工作原理电解质：电解质：H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反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应分为放电和充电两个过程放电过程总反应：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：正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)负极：负极：(1)放电放电过程过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的

11、逆过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程二次电池二次电池铅蓄电池铅蓄电池(2)充电充电过程过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：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：铅蓄电池的充放电过程：2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)放电放电充电充电3、特点特点缺点：缺点：比能量

12、低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉二次电池二次电池铅蓄电池铅蓄电池其它二次电池：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二次电池习题二次电池习题银银-锌蓄电池锌蓄电池1 1、银、银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充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：电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O放电放电充电充电此电池放电时，

13、负极上发生反应的物质是（此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD D电极反应：电极反应：负极：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-2、镍、镍镉可充电电池可发生如下反应：镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A.Cd （A）B.NiO(OH)D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2电极反应：电极反应：负极：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：正

14、极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-二次电池习题二次电池习题镍镍-镉镉电池电池酸性氢氧燃料电池酸性氢氧燃料电池1、电池材料、电池材料正极室：通氧气正极室：通氧气负极室：通氢气负极室：通氢气电解质：电解质：H2SO4溶液溶液（氧化剂）（氧化剂）（燃料）（燃料）正、负极：正、负极：铂电极铂电极氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池。氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池。燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池2H2+O2=2H2O2、工作原理、工作原理负极：负极：正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O总反应：总反应：O2+4H+4e-=2H2O总反应：总反应：2H2-

15、4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2OO2+4H+4e-=2H2O负极负极H2：正极正极O2：总反应：总反应：O2+2H2 =2H2O2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-碱性电解质：碱性电解质：KOH燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池固体燃料电池介质电池反应：2H2+O2=2H2O 负极正极负极 正极2H24e+2O2=2H2O O2+4e=2O2 2H24e=4H+O2+4H+4e=2H2O 燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池介质介质电池反应：电池反应：2H2+=2H2O 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极

16、2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池1.1.写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。(1)(1)酸性条件下的甲烷燃料电池酸性条件下的甲烷燃料电池总反应式：总反应式：_；正极反应式：正极反应式：_；负极反应式：负极反应式：_。(2)(2)碱性条件下的甲烷燃料电池碱性条件下的甲烷燃料电池总反应式：总反应式：_；正极反应式：正极反应式：_；负极反应式：负极反应式：_。CH42O2=CO22

17、H2O2O28H8e=4H2OCH48e2H2O=CO28H2O24H2O8e=8OH燃料电池燃料电池甲烷燃料电池甲烷燃料电池1.1.写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。(1)(1)酸性条件下的甲醇燃料电池酸性条件下的甲醇燃料电池总反应式：总反应式：_；正极反应式：正极反应式：_；负极反应式：负极反应式：_。(2)(2)碱性条件下的甲醇燃料电池碱性条件下的甲醇燃料电池总反应式：总反应式：_；正极反应式：正极反应式：_；负极反应式：负极反应式：_。2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O3 O2+12H+12e=6H2O 2CH3OH+2H2O-12

18、e=2CO2+12H+燃料电池燃料电池甲醇燃料电池甲醇燃料电池3O26H2O12e=12OH再写正极反应：再写正极反应：O22H2O4e-4OH-酸性酸性 先写总反应：燃料在氧气中的燃烧先写总反应：燃料在氧气中的燃烧若有若有CO2生成，且电解质为强碱时，生成，且电解质为强碱时，考虑考虑CO2+2OH-=CO32-+H2OO24H+4e-2H2O 碱性碱性 最后写负极反应：最后写负极反应：总反应减去正极反应总反应减去正极反应燃料电池的书写燃料电池的书写碱性溶液反应物、生成物中均无碱性溶液反应物、生成物中均无H+酸性溶液反应物、生成物中均无酸性溶液反应物、生成物中均无OH-O24e-2O2-O24

19、e-2CO2 2CO32-固体电解质固体电解质 熔融碳酸盐熔融碳酸盐 氧化剂与还原剂在工作时不断氧化剂与还原剂在工作时不断补充补充反应产物不断反应产物不断排出排出能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)，普通的只有，普通的只有30%，有利于节约有利于节约能源能源缺点缺点：体积较大、附属设备较多：体积较大、附属设备较多优点优点：能量转换率高、清洁、对环境：能量转换率高、清洁、对环境好好燃料电池燃料电池与前几种与前几种电池的区别电池的区别燃料电池燃料电池新新型型燃燃料料电电池池 燃燃料料电电池池不不是是把把还还原原剂剂、氧氧化化剂剂物物质质全全部部贮贮藏藏在在电电池池内内，而而是是在工作时，不断

20、从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池科技前沿燃料电池燃料电池高高铁铁电电池池是是一一种种新新型型可可充充电电电电池池，与与普普通通电电池池相相比比，该该电电池池能能较较长长时时间间保保持持稳稳定定的的放放电电电电压压。高高铁铁电电池池的的总总反反应应式式为为3Zn2K2FeO48H2O 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题：。请回答下列问题：(1)(1)高高 铁铁 电电 池池 的的 负负 极极 材材 料料 是是 _，放放 电电 时时 负负 极极 的的 电电 极极 反反 应应 式式 为为_ _。(2)(2)放放电电时时，正正极极发发生生_(_(填填“氧氧化化”或或“还还原原”)”)反反应应；正正极极的的电电极极反反应应式式为为_。放放电电时时，_(_(填填“正正”或或“负负”)”)极附近溶液的碱性增强。极附近溶液的碱性增强。解析放放电电时时，电电池池的的负负极极上上发发生生氧氧化化反反应应，负负极极的的电电极极反反应应式式为为Zn2OH-2e-=Zn(OH)2，正正极极上上发发生生还还原原反反应应，正正极极的的电电极极反反应应式式为为 3e-4H2O=Fe(OH)35OH，则正极附近生成了，则正极附近生成了OH-，溶液的碱性增强。，溶液的碱性增强。ZnZn2OH2e=Zn(OH)2还原正