资源简介

(共27张PPT)
第四章　化学反应与电能
第一节　原电池
第2课时 化学电源　
教材引言P2
学习目标
1.通过交流讨论了解一次电池、二次电池和燃料电池的基本构造,学会书写常见的电极反应式和电池反应。
2.通过相关的信息分析了解化学电源的工作原理,初步建立化学电源工作原理的认知模型。
3.通过学习各类电池的实际应用,感受化学给人类带来的进步和文明,通过了解废旧电池对环境的危害,树立环保意识。
化学电源与原电池的关系：
原电池 雏形、原理基础 化学电源
应用
为了让我们的生活更便利，科学家在研究电池的道路上一直在前进！
图
教材P99科学史话：历史上第一个化学电源
这种重量轻、可再充电且功能强大的电池，
如今被用于从手机到笔记本电脑和电动汽车的各个领域。它还可以储存大量来自太阳能和风能的能源，使一个无化石燃料的社会成为可能。
2019年诺贝尔化学奖揭晓
北京时间10月9日下午5点45分，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2019年度诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校约翰 B 古迪纳夫教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校 M 斯坦利 威廷汉教授和日本化学家吉野彰，以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。他们创造了一个可再充电的世界。
他们将分享900万瑞典克朗（约合人民币647万元）的奖金。
据新华网报道2021年，中国新能源汽车销售完成352.1万辆，连续7年位居全球第一。
疫情下，2022年1月，中国新能源汽车产销分别完成45.2万辆和43.1万辆，同比分别增长1.3倍和1.4倍，出口同比增长5.4倍。新能源汽车成为2022年中国高质量发展新引擎。
现在新能源电池市面上分为两种：
一种是由特斯拉为代表的的锂电池，
一种有比亚迪为代表的的磷酸铁锂电池。
有人说新能源汽车好不好，关键看电池！
新能源？绿色？
电池优劣的判断标准:
① 比能量
指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
② 比功率
指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小.
③ 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、储存时间长的电池，其质量好。
1.元电荷：
2.法拉利常数：
F=eNA=96500c/mol
3.电功：
1度电＝1kw·h=1000w×3600s = 3.6×106J
Q＝96500×n(e-)
e=1.6×10-19c
W=UQ＝ UIt＝ Pt
W=UQ＝U×96500×n(e-) J
1J=
3.6×106
1
kw·h=
3.6×103
1
w·h
例：锂 > 铝
与作负极材料的其它金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。
与电化学相关的物理知识：
一次电池
二次电池
燃料电池
碱性锌锰电池
铅酸蓄电池
锂离子电池
镍氢电池
普通锌锰干电池
将化学能转换成电能的装置
太阳能电池
原子能电池
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电转换器转变为电能的装置
化学电池
电池
构造
组成
优点
缺点
应用
正极
负极
总反应
电极方程式书写方法的渗透
电池的分类
普通锌锰电池
锌筒
石墨棒
MnO2和C
普通锌-锰干电池的结构
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
1.普通干电池
Zn－2e-＝Zn2＋
(又叫干电池：电解质溶液制成胶状，不流动)
电池中的反应物质发生氧化还原反应进行放电，逐渐被消耗后就不能继续使用。
(1)构造:
2NH4＋＋2e-＝2NH3↑＋＋H2↑;
NH3被ZnCl2吸收：2NH3＋ZnCl2＝Zn(NH3)2Cl2
H2被MnO2吸收：H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O
一次电池
负极:
正极:
总反应：
(3)工作原理:
Zn+2MnO2 +2NH4Cl===Mn2O3+Zn(NH3)2Cl2+H2O
分析普通锌锰干电池长期占据市场和现在逐渐被替代的可能原因。
一次电池
锌锰干电池即使不用，放置过久，也可能会漏液失效，这是为什么？在使用和保存时又应该注意哪些方面？
锌锰电池在使用和放置过程中，锌会溶解，锌筒会逐渐变薄，内部糊状电解质会泄漏出来，使电器腐蚀，长时间不用，应从电器中取出，密封储存于低温干燥处。
为了防止泄露，外壳套上防腐金属或塑料筒，制成防漏电池
2.碱性锌锰电池
负极：
Zn + 2OH- -2e- =Zn(OH)2
正极：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO（OH）+2OH-
氢氧化氧锰
碱性锌锰电池构造示意图
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
(电流稳定，放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液)
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
(1)构造:
(3)工作原理:
Zn+2MnO2+2H2O === 2MnO(OH)+Zn(OH)2。
碱性电池
一次电池
总反应:
优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
2.二次电池(又叫充电电池、蓄电池,放电后能充电复原继续使用)
1.铅酸蓄电池
(1)构造：
铅酸蓄电池的构造
缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境
二次电池
(3)工作原理:
总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb -2e- + SO42- =PbSO4
正极：
PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O
氧化反应
还原反应
负极：
①放电过程:
铅酸蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
②充电过程：
PbSO4 +2e- =Pb + SO42-
还原反应
阴极(接负极)：
阳极(接正极)：
PbSO4 -2e- +2H2O = PbO2 + 4H++ SO42-
氧化反应
总反应：
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
充放电过程：
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
放电
充电
正接正作阳极，负接负阴极
可逆反应？
放电：化学能转化为电能
充电：电能转化为化学能
~2转e-
思考1:充电时电极的连接：负接负后作阴极，正接正后作阳极。
思考2:铅酸蓄电池在放电一段时间后,正极、负极的质量将如何变化 溶液的pH变化？
铅酸蓄电池放电时,正极部分PbO2变为PbSO4,质量 ;
负极部分Pb变为PbSO4,质量 。
电解质溶液的pH 。
思考3:当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量为
0.5mol
二次电池
1.铅酸蓄电池
变大
变大
升高
正负极质量都增大
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
放电
充电
~转2e-
2.镍氢电池
圆柱可充镍氢电池
方形可充镍氢电池
能量密度高；无镉污染，是一种绿色电池；可大电流快速充放电；电池工作电压为1.2V；在小型便携电子器件、电动工具、电动车辆和混合动力车上逐步得到应用。
优点：
H2 + 2NiOOH 2Ni(OH)2
放电
充电
正极：
负极：
放电
阳极：
阴极：
充电
总反应：
H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O
2NiOOH +2 e- + 2H2O = 2Ni(OH)2 +2 OH-
2H2O +2 e- = H2 + 2OH-
2 Ni(OH)2 －2 e- + 2OH-= 2NiOOH +2 H2O
二次电池
氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是 H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是( )
A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大
B.电池放电时，镍元素被氧化
C.电池充电时，氢元素被还原
D.电池放电时，H2在负极上反应
CD
负极：H2+2OH--2e- = 2H2O
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH-
对点训练
3.锂离子电池
总反应：
正极：
负极：
放电
阳极：
阴极：
充电
LixC6 +Li1-xCoO2 LiCoO2＋6C
放电
充电
负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6 )
正极材料：钴酸锂(Li1-xCoO2)
电解液：锂导电有机电解液
LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
Li1-xCoO2+xe-+xLi ＝LiCoO2
6C+xe－+xLi+＝LixC6
LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，
充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。
这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。
二次电池
1.定义：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.
可供选择的燃料很多，如:氢气、烃类、肼（N2H4）、甲醇、氨、煤气等液态或气态的燃料。
2.结构特点：
电极本身只是催化转化元件，不参与反应 ，但具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等；
反应物（燃料和氧化剂）不是储存在电池内部，由外部连续供给；
产物不断排出。
3.优点：能连续不断的提供电能。能量转换率高(超过80%，普通的只有30%)， 有利于节约能源，排放的废弃物少甚至零排放，绿色环保。
缺点：体积较大、附属设备较多
燃料电池
1.氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电池。
正极:O2 + 4H+ + 4e-＝2H2O ;
正极:O2 + 2H2O ＋4e-＝4OH- ;
负极:2H2+4OH- －4e-＝4H2O
负极:2H2 - 4e-＝4H+
总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O
B.碱性条件下工作原理：
总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O （注意：条件不用点燃）
A.酸性条件下工作原理：
燃料电池
燃料电池
O2一律在正极，O2（1mol）一律4e-
（特例：产物为H2O2是2e-）
电解质溶液:H2SO4溶液
正极:3O2+12e-+12H+ === 6H2O
负极:2CH3OH-12e- +2H2O=== 2CO2 +12H+
总反应:2CH3OH+3O2 === 2CO2+4H2O
电解质溶液:KOH溶液
正极:O2+2H2O+4e- === 4OH-
负极:N2H4+4OH--4e- === N2↑+4H2O
总反应:N2H4+O2 === N2+2H2O
3.酸性甲醇燃料电池
燃料电池
4.碱性肼燃料电池
2.碱性甲烷燃料电池
电解质溶液:KOH溶液
正极:2O2+4H2O+8e- === 8OH-
负极:CH4-8e- +10OH-=== CO32- +7H2O
总反应:CH4+2O2 +2OH-=== CO32-+3H2O
酸性产物：CO2
碱性产物：CO32-
产物无毒无害
该电池中导电离子是氧化物中的O2－。
该电池中导电离子是碳酸盐中的CO32-。
总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,
以熔融金属氧化物为介质，高温下能传导O2-
5.丁烷-固体氧化物燃料电池
6.CH4-熔融碳酸盐燃料电池
C4H10
e-
e-
e-
D
1.
产物无毒无害
2．如图为一种微生物燃料电池结构示意图，叙述正确的是(　　)
A．分子组成为Cm(H2O)n的物质
一定是糖类
B．微生物所在电极区放电时
发生还原反应
C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区
D．正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－ = Mn2＋＋2H2O
3．酒驾行为危害社会安全，交警部门常用酸性燃料电池酒精检测仪对此进行检测。该检测仪的工作原理如图所示，下列说法正确的是
A．电子从呼气的 电极透过质子交换膜，
流向通入O2的 Pt 电极
B．负极的电极反应式为
C．该电池工作一段时间后，正极区溶液的 Ph 减小
D．每消耗 22.4L O2时，外电路就通过4 mol电子
减少污染、节约资源
电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节纽扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。
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电转换器转变为电能的装置
用于“神六”的太阳能电池

展开更多......

收起↑