《化学电源课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学电源课件.pptx（28页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第四章 电化学基础,第二节 化学电源,教学目标： 1.认识一次电池，二次电池，燃料电池等几类电池。 2.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式,1,化学电源,叠层电池,纽扣电池,1、各类电池,太阳能电池,铅蓄电池,2,化学电源,2、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或干电池 二次电池又称充电电池或蓄电池 燃料电池,3)优点:,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,3,化学电源,4)电池优劣的判断标准:,比能量,单位：(wh/kg)，(wh/L),指电池单位质
2、量或单位体积所能输出电能的多少。,比功率,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。,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。,4,化学电源,二、化学电池的分类,化学电池,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,锂离子电池,银锌蓄电池,普通锌锰干电池,锌银纽扣电池,化学电源,5,化学电源,普通锌锰电池,碱性电池,1、普通干电池,负极,正极,电池反应：,（Zn）：Zn 2e- = Zn2+,（MnO2和C）：,优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。,2NH4
3、+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2O,Zn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,(一)一次电池,6,化学电源,2、碱性锌-锰干电池,负极Zn,正极MnO2,电池反应：,电解质：,KOH,Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,思考该电池的正负极材料和电解质？,缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵,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,7,化学电源,3、锌银钮扣电池,正极：Ag2O + H2O+ 2e-
4、=2Ag+2OH-,负极：Zn +2OH-2e- =Zn(OH)2,锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH。,总反应: Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2,一次电池,8,化学电源,4、锂电池,锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。,一次电池,9,化学电源,4、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li - 2e- = 2Li+， 正极：I2 + 2e- = 2I-， 总反应：2Li + I2 = 2LiI,跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？,与作负
5、极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。,一次电池,10,化学电源,铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,1、铅蓄电池,1)正负极材料,正极：PbO2,负极：Pb,2)工作机制,电解质：H2SO4,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。,(二)二次电池,11,化学电源,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：,PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s)+2H2O(l),发生氧化
6、反应,发生还原反应,负极：,放电过程,注：铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。,12,化学电源,充电过程,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq),（发生还原反应）,阴极：,阳极：,2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) +4 H+(aq)+ SO42-(aq),（发生氧化反应）,接电源负极,接电源正极,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：,2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),充电,放电,13,化
7、学电源,3)优缺点简析,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,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,14,化学电源,部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格,二次电池,15,化学电源,练习1: 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为： Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s 下列说法错误的是 （ ） A 电池工作时，锌失去电子 B 电池正极电极反应式为： 2MnO2sH2Ol2eMn2O3s2OHaq C 电池工作时，电子
8、由正极通过外电路流向负极 D 外电路中每通过02 mol电子，锌的质量理论上减小65 g,C,16,化学电源,练习2、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为 ； 正极发生的反应为 ； 反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为,Al -3e- = Al3,Ag2S+2e- = 2Ag+S2-,3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S,燃料电池,17,化学电源,练习
9、3. 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： 1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ） A. 电池放电时，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是负极,CD,燃料电池,18,化学电源,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
10、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。,(三)燃料电池,19,化学电源,4、燃料电池,负极H2：,正极O2：,总反应： O2+2H2 =2H2O,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。碱性介质条件下：,2H2+4OH- -4e- =4H2O,O2+2H2O +4e- =4OH-,20,化学电源,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,
11、2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,不同介质的燃料电池,21,化学电源,燃料电池的规律：,燃料做负极，助燃剂氧气为正极；,电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。,能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节 约能源。,燃料电池与前几种电池的差别：,氧化剂与还原剂在工作时不断补充；,反应产物不断排出；,优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好,用途：宇宙飞船，应用前景广阔,22,化学电源,书写电极反应式应注意以下几点,2负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存
12、在，在碱性溶液中以CO32-形式存在）；,1将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；,3溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-；,燃料电池,23,化学电源,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16的市场开拓从空间转向地面系统应用。,24,化学电源,减 少 污 染 节 约 资 源,25,化学电源,1. 有人
13、设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- 负极上CH4失去电子，电极反应式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 正极上是O2获得电子，电极反应式为： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 电池放电后，溶液pH升高 A. B. C. D. ,A,燃料电池,26,化学电源,2:氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式： ， 此时电池内总的反应式: 。,CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,27,化学电源,Thanks 谢谢您的观看！,28,化学电源,