高中化學 4.2《化學電源》課件2 新人教版選修4.ppt

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第四章 電化學基礎,第二節(jié) 化學電源,發(fā)明電池的故事,伏特是意大利帕維亞大學的研究電學的物理學家。  有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖學家的一篇論文，說動物肌肉里貯存著電，可以用金屬接觸肌肉把電引出來?？戳诉@篇論文，伏特非常興奮，便決定親自來做這個實驗。他用許多只活青蛙反復實驗，終于發(fā)現(xiàn)，實際情況并不像加伐尼所說的那樣，而是兩種不同的金屬接觸產(chǎn)生的電流，才使蛙腿的肌肉充電而收縮。為了證明自己的發(fā)現(xiàn)是正確的，伏特決定更深入地了解電的來源。,發(fā)明電池的故事,一天，他拿出一塊錫片和一枚銀幣，把這兩種金屬放在自己的舌頭上，然后叫助手將金屬導線把它們連接起來，剎時，他感到滿嘴的酸味兒。  接著，他將銀幣和錫片交換了位置，當助手將金屬導線接通的一瞬間，伏特感到滿嘴的咸味。  這些實驗證明，兩種金屬在一定的條件下就能產(chǎn)生電流。伏特想，只要能把這種電流引出來，就能大有作用。  伏特經(jīng)過反復實驗，終于發(fā)明了被后人稱做“伏特電堆”的電池，這就是在銅板和鋅板中間夾上卡紙和用鹽水浸過的布片，一層一層堆起來的蓄電池。這種電池，今天仍然在使用著,為了紀念他的貢獻，人們把電壓的計量單位叫做伏特，簡稱伏，符號V。比如我們手電筒里的電池的電壓是1.5伏特，我們家里的電燈的電壓是220伏特。,化學電源,［學與問］在日常生活和學習中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應用嗎？,電池,,,,,化學電池,太陽能電池,原子能電池,將化學能轉(zhuǎn)換成電能的裝置,將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置,將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,１、化學電池分類,電池中的反應物質(zhì)進行一次氧化還原反應并放電之后，就不能再次利用．,又稱充電電池或蓄電池在放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)獲得重生，恢復工作能力，可多次重復使用．,是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學電源，又稱連續(xù)電池．,干電池：,電池中的電解質(zhì)溶液制成膠體，不流動，故稱干電池．,鉛蓄電池、 鋅銀蓄電池、 鎳鎘電池、 鋰離子電池,氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧氣組成燃料電池。,如：普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池,一、化學電池,小型高性能燃料電池,２、化學電池優(yōu)點,（１）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。,（２）可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。,（３）易維護，可在各種環(huán)境下工作。,３、判斷電池優(yōu)劣的標準,（１）比能量,［符號(Ah/kg)，(Ah/L)］,指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少,（２）比功率,[符號是W/kg，W/L)],指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小,（3）電池的儲存時間的長短,除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好。,二、一次電池,普通鋅錳干電池：活性物質(zhì)為NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2 和炭黑。電極反應式： 負 極：Zn - 2e－＝ Zn2+ 正 極：2NH4+ + 2e－+2MnO2＝ Mn2O3+ 2NH3↑＋ H2O 總反應：Zn + 2NH4+ +2MnO2＝ Zn2+ +Mn2O3+ 2NH3↑＋ H2O,優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。 缺點：放電時間短，電壓下降快。,堿性鋅錳干電池：活性物質(zhì)為KOH和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2 和炭黑。電極反應式： 負 極：Zn - 2e－ + 2OH- ＝ Zn(OH)2 正 極：2MnO2 + 2e－+ 2H2O ＝ 2MnOOH + 2OH- 總反應：Zn + 2MnO2 + 2H2O＝ 2MnOOH + Zn(OH)2,優(yōu)點：電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍， 不會氣漲或漏液。,缺點：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴。,銀鋅電池,總反應式: Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 電極反應式:,負極: Zn＋2OH-－2e-＝Zn(OH)2 正極: Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH-,電解液: KOH溶液,,這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時間長，適 宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電子手表、照相機、計算器和其他微型電子儀器。,鋰電池,鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 負極： ；正極： 。,用途：質(zhì)輕、高能(比能量高)、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應用于軍事和航空領域。,8Li-8e-=8Li+,3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S,三、二次電池,鉛蓄電池：其電池反應可以正向和逆向進行．蓄電池放電時為自發(fā)電池，充電時為電解池．充電后電池容量得到恢復，充放電次數(shù)可達千百次 。放電時電極反應式： 負 極：Pb + SO42- -2e-＝PbSO4 正 極：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-＝PbSO4 + 2H2O 總反應：Pb + PbO2 + 2H2SO4＝2PbSO4 + 2H2O 充電時電極反應式與放電時電極反應式相反，所以可以把上述反應寫成一個可逆反應式： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O,優(yōu)點：,可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉。,缺點：,比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境。,四、燃料電池,一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學電池。電池的電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件。工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。清潔、能量轉(zhuǎn)換率高的特點。,燃料電池,氫氧燃料電池：一種高效低污染的新型電池。 負 極：2H2 - 4e-＝4H+ 正 極：O2 + 4H+ + 4e-＝2H2O 總反應：2H2 + O2＝2H2O,酸性電解質(zhì)：,堿性電解質(zhì): 負 極: 2H2- 4e-+ 4OH- =4H2O 正 極: O2+ 2H2O+ 4e- = 4OH- 總反應: 2H2+ O2 = 2H2O,中性電解質(zhì): 負 極: 2H2- 4e- =4H+ 正 極: O2+ 2H2O+ 4e- = 4OH- 總反應: 2H2+ O2 = 2H2O,電解質(zhì)溶液：KOH,負極： CH4+10 OH-–8e- == CO32-+7H2O,正極： 2O2 + 4H2O + 8e- == 8OH-,甲烷燃料電池。 CH4 +2O2+2OH- == CO32- + 2H2O,甲醇燃料電池 2CH3OH+4OH-+3O2===2CO32-+6H2O,電解質(zhì)溶液：KOH,正極： 3O2 + 6H2O + 12e- == 12OH-,負極： 2CH3OH+16OH- – 12e- ==2CO32-+12H2O,五、書寫電極反應式應注意以下幾點：,1．確定原電池的正負極，弄清正負極上發(fā)生反應的物質(zhì)； 2.電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子反應的所有規(guī)則； 3．將兩極反應的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應，總反應減去一極反應即得到另一極反應；,4.負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)(如＋4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32-形式存在)； 5.溶液中不存在O2- ：在酸性溶液中它與H＋結(jié)合成H2O、在堿性或中性溶液中它與水結(jié)合成OH-。,減 少 污 染 節(jié) 約 資 源,