发展中的化学电源-ppt

1、第二节 化学电源,发展中的化学能源,（第二课时）,原 电 池 原 理,电极反应式：,负极：Zn片： Zn 2e- = Zn2+,（氧化反应）,正极：Cu片：2H+2e- = H2 ,（还原反应）,电极反应总式：,Zn + 2H+ = Zn2+ + H2,外电路：电子由负极流向正极，电流由正极流向负极 内电路：阴离子移向负极，阳离 子移向正极，电流由负极流向正极,电荷流向电流流向：,负极,正极,原电池电极名称的确定方法,根据电极材料的性质确定。,通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。,根据电极反应的本身确定。,失电子的反应氧化反应负极 得电子的反应还原反应正极,根据电子或电流流动

2、方向（外电路）：,e,e,根据离子的定向移动（内电路）,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,根据离子方程式判断,（负极）,（在正极）,练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的反应可表示为：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+2Zn(OH)2请判断此电池中，负极上发生反应的物质是（ ） A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,1、电解液： 硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液

3、2、电极材料： 负极：铁， 正极：铜、石墨或比铁不活泼的其他金属,拓 展：,Fe 2e - = Fe 2+ Cu2+ +2e - = Cu,思 考 题,请根据反应 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ 设计原电池，你有哪些可行方案?,Fe-Cu FeCl3,Fe-C Fe(NO3)3,Fe-Ag Fe(SO4)3,A,B,C,E,F,M,N,1.下列哪几个装置能形成原电池？,O,V,X,V,V,X,X,X,V,2.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量

4、气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,3、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是,( D ),A. 铁圈和银圈左右摇摆不定 B. 保持平衡状态 C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜 D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜,锂电池,干电池,叠层电池,纽扣电池,各类电池,一，常见的各类电池,二：化学电池,1)概念:,将化学能变成电能的装置,2)分类:,一次电池又称不可充电电池如：干电池 二次电池又称充电电池蓄电池 燃料电

5、池,3)优点:,4)电池优劣的判断标准:,能量转换效率高，供能稳定可靠。,可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。,易维护，可在各种环境下工作。,比能量,符号(Ah/kg)，(Ah/L),指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,比功率,符号是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,比时间-电池的储存时间的长短,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+ 正极（石墨）：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O 总反应：Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O,1.干电池 Zn- Mn普通干电池,二、发展

6、中的化学电源,锌锰碱性电池是一种新型的干电池。 正极材料为MnO2 ,负极材料为Zn， 还原产物为MnOOH,电解质是KOH溶液， 总： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOOH 请写出电极反应式并分析其工作原理。,负极：Zn + 2OH2e- = Zn(OH)2 正极：2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OH 总反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO(OH),碱性Zn- Mn干电池,2.充电电池,铅蓄电池结构,充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使生成物恢

7、复原状，如此充放电可循环进行，至一定周期后终止。,汽车用蓄电池,（1）铅蓄电池,（1）电极材料及原料 （2）电解质溶液： （3）电极反应式：,正极：PbO2 负极：Pb,H2SO4溶液,负极（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,正极（PbO2）: PbO2+4H+SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O,总反应：,（2）镍镉碱性蓄电池 P43,（3）新一代可充电的绿色电池锂离子电池 特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。 用途：电脑、手表、心脏起搏器等。,把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的

8、“能量转换器”,优点：效率高、无污染，装置可持续使用,燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池,3.新型燃料电池,（1）氢氧燃料电池,氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介质,氢氧燃料电池结构,氢氧燃 料 电 池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-

9、,怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？ 书写步骤：（1）写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应； （2）写出正极的电极反应式(一般较简单); （3）由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。,正极反应一般为酸性介质 碱性介质,O2+4H+4e=2H2O,O2+2H2O+4e=4OH-,（2）CH4燃料电池（碱性介质）,CH4+2OH-+2O2 = CO3 2 -+3H2O,2O2+4H2O+8e= 8OH-,CH4+10OH-8e= CO32-+7H2O,1.燃烧总化学反应：,2.燃料电池总反应：,3.正极：,4.负极：,CH4+2O2CO2+2H2O,CH4燃料电池（酸

10、性介质）,1、燃料电池总反应：,CH4+2O2=CO2+2H2O ,2、正极反应：,O2+4H+4e-=2H2O ,3、负极反应：,-2，得： CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+,（3）甲醇燃料电池（酸性介质）,总反应:,2CH3OH + 3O2 =2CO2 + 4H2O,正极的电极反应式为：,3O2+12e-+12H+ = 6H2O,负极的电极反应式为：,2CH3OH-12e-+2H2O = 12H+ 2CO2,甲醇燃料电池（碱性介质）,总反应式：,2CH3OH + 3O2 +4OH- = 2 CO32- + 6H2O,正极的电极反应式为：,3O2+12e- + 6H20=12OH-,

11、负极的电极反应式为：,2CH3OH -12e-+16OH- = 2CO32- + 12H2O,（4）海水电池,1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比“干电池”高2050倍。电极反应式为：,4Al - 12e-= 4Al 3+,3O2+ 6H2O +12e-= 12 OH -,4Al+3O2+ 6H2O = 4Al (OH)3,负极： 正极： 电池总反应：,负极：2Al+8OH6e-=2AlO2-+4H2O,正极：6H2O+6e-=3H2+6OH-,2Al+2OH-+2H2O=

12、2AlO2-+3H2,电池反应式：,补充：,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。,减 少 污 染 节 约 资 源,判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,Cu C,FeCl3溶液,负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+ 正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+,Cu+

13、2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2,先写出总反应：即 负极与电解质溶液反应,拆成离子方程式：,Cu + 2Fe3 = Cu2 + 2Fe2,根据化合价升降判断正负极,三、电极方程式的书写,1.简单原电池电极方程式的写法,请写出右边原电池的电极方程式。,总反应方程式：,负极：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O,负极总反应： 2Al +8OH- 6e 2AlO2- + 4H2O,正极：总反应负极反应,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成离子方程式：,2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2,根据化合价升降判断正负极,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,2.燃料电池电极方程式的写法 总反应： 实际上就是燃料的完全燃烧。 负极（通入燃料）： 为燃料失去电子的氧化反应， 正极（通入氧化剂）： 为氧化剂得到电子的还原反应。 以Pt为电极，电解质溶液为 KOH溶液的氢氧燃料电池为例,负极总反应: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O,正极: 总反应负极反应,总反应：2H2+ O22H2O,负极: H2 失e,4H+ + 4OH- 4H2O,2H2 - 4e- 4 H,O2