广东省普宁市华侨中学高中化学 第四章 第二节 化学电源课件 新人

第四章 电化学基础

【课程标准导航】1.了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学 电源在生产、生活和国防中的实际应用。 2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其

重要作用。3.掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应 原理，会书写电极反应式。

阅读教材P74页并回答问题：1、化学电池与其它能源相比有哪些优点？能量转换效率高，供能稳定可靠，使用方便，易 于维护，并可在各种环境下工作……

2、判断电池的优劣标准主要是什么？单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即比能 量的大小；输出功率的大小即比功率的大小；以及电池 的存储时间的长短。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。

3、化学电池主要 分哪几大类？

一次电池 二次电池 燃料电池

常见的化学电源(如碱性锌-锰电池) 1、一次电池正负极材料负极：Zn 正极：MnO2 电解质：KOH

工作机制

2e-

碱性锌锰电池构造示意图

总反应： Zn + 2MnO2 + 2H2O =2MnOOH+Zn(OH)2- -2e- =Zn(OH) 氧化反应 Zn + 2OH 负极： 2 -=2MnOOH+2OH2MnO + 2H O+2e 正极： 2 2

还原反应

一次电池优缺点简析优点：比普通锌锰电池能量和储存时间有所提高，适 用于大电流和连续放电。 缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。

锌银电池(纽扣电池:Zn-Ag2O-KOH)2e-

总反应： Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag负极： Zn +2OH- —2e- =Zn(OH)2 正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag + 2OH-

典例 1 (江苏高考)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：Zn s +2MnO2 s +H2O l =Zn OH 2 s +Mn2O3 s

下列说法错误的是

C

A 电池工作时，锌失去电子

B 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D 外电路中每通过0 2 mol电子，锌的质量理论 上减小6 5 g

2、二次电池 (如铅蓄电池)能量：化学能放电 充电 电能

正负极材料：负极：Pb 正极：PbO2 电解质：H2SO4溶液

工作机制 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。 负极： 氧化反应 ① 放电过程 Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s) 正极： 还原反应 PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42- (aq) + 2e= PbSO4 (s) + 2H2O(l) 放电过程总反应： Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)

铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程阴极：接电源负极 还原反应 ② 充电过程 PbSO4 (s) +2e- = Pb(s) + SO42- (aq) 阳极：接电源正极 氧化反应

PbSO4 (s) + 2H2O(l) -2e= PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-

(aq) 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： Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)放电 充电

2PbSO4(s)+2H2O(l)

优缺点简析 优点： 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全 可靠、价格低廉。 缺点： 比能量低、废弃电池污染环境

其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池、 锂离子电池……

典例2 铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe(OH)2+2Ni(OH)2充电

放电

Fe+Ni2O3+3H2O

下列有关该电池的说法不正确的是( C ) A.电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe B.电池放电时，负极反应为 Fe+2OH--2e- = Fe(OH)2 C.电池充电过程中，阴极附近溶液的 pH 降低 D.电池充电时，阳极反应为 2Ni(OH)2+2OH--2e- = Ni2O3+3H2O

3、燃料电池燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的氧化还 原反应，将化学能直接转换成电能的化学电源。(氢气、甲烷、甲醇、肼等燃料电池……)

e-

氢氧燃料电池 电解质溶液为酸性: 负极: 2H2 - 4e- = 4H+ 正极: O2 + 4H++4e- = 2H2O 总反应: 2H2 + O2 = 2H2O 电解质溶液为碱性:e-

APt (-)

e-

H2

Pt (+)

O2

负极室

正极室隔膜

负极: 2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O 电解质 正极: O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 溶液

总反应: 2H2 + O2 = 2H2O

氢氧燃料电池工作原理

【小组协作】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、甲醇等。 (1)请写出将图中的甲烷燃料电池中- - 8e- = CO 2- + 7H O CH +10OH a极的电极反应式： ___________________________ ; 4 3 2 a b - - 2O b极的电极反应式： _________________________ ; 2+4H2O+8e =8OH

此时电池内总的反应式:

CH ______________________________________________ 4+2O2+2KOH = K2CO3+3H2O 。H2 O

CH4KOH溶液

O2

(2)如果把电解质溶液改为稀硫酸， 写出电极反应式。 总：CH4+2O2 = CO2 + 3H2O 正极：2O2+8H+ +8e-= 4H2O负极：CH4+ 2H2O - 8e- = CO2 + 8H+ H2O

a

b

燃料电池优缺点简析 缺点：体积较大、附属设备较多

CH4H2SO4 溶液

O2

优点：能量转换率高、清洁、对环境友好

如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用甲醇 燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质 子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达 另一极与氧气反应，电池总反应为：

2

2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O。 下列说法正确的是( AC )

A.左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇 B.右电极为电池的负极，b处通人的物质的空气 C.负极反应式为：CH3OH+H2O-6e → CO2十6H+ D.正极反应式为： O2+2H2O十4e-→ 4OH-