4.1原电池-ppt课件-（2019）新人教版高中化学选择性必修一.rar

第二课时 化学电源1.化学电源的分类一次电池：二次电池：燃料电池：又叫干电池，放电后不可再充电的电池。又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。一.化学电源概述2.判断电池优劣的主要标准(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(Wh)kg1或(Wh)L1。(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是Wkg1或WL1。(3)电池可储存时间的长短。一次电池-普通锌锰干电池负极材料正极材料负极反应物正极反应物电解质负极反应正极反应总反应锌筒石墨棒ZnMnO2NH4Cl、ZnCl2Zn2e = 2MnO22H2e=2MnO(OH)Zn2NH4Cl2MnO2 =Zn(NH3)2Cl22MnO(OH) 锌锰干电池电量小，作为电解质的NH4Cl显酸性，在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀，锌锰干电池即使不用，放置过久，也会失效。负极材料正极材料负极反应物正极反应物电解质负极反应正极反应总反应一次电池-碱性锌锰电池铜钉镀镍钢壳ZnMnO2KOHZn2OH2e=Zn(OH)22MnO22H2O2e= 2MnO(OH)2OHZn2MnO22H2O =2MnO(OH)Zn(OH)2离子型导电隔膜铜钉镀镍钢壳 碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，是普通锌锰干电池的升级换代产品。负极反应物正极反应物电解质负极反应正极反应总反应一次电池-锌银电池ZnAg2OKOH银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。常制成纽扣式微型电池。Ag2OH2O2e=2Ag2OHZn2OH2e=Zn(OH)2ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池。常见锂电池： 锂-二氧化锰（正极）电池；锂-氧化铜（正极）电池；锂-硫化铁（正极）电池；锂-亚硫酰氯（正极）电池；锂-氟化石墨（正极）电池。一次电池-锂电池二次电池-铅酸蓄电池负极正极电解质负极反应正极反应总反应PbPbO2稀H2SO4PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O放电过程中，负极质量的变化 ，负极质量的变化 ，H2SO4溶液的浓度 ，酸性 。增大增大减小减弱充电时，铅酸蓄电池正极与直流电源 极相连，负极与直流电源 极相连。即“负接负，正接正”。正负阳极反应阴极反应总反应PbSO4 - 2e-+ 2H2O=PbO2 + 4H+ + SO42- PbSO4+2e-= Pb + SO42- 2PbSO4 + 2H2O=Pb + PbO2 + 2H2SO4 通电Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放电充电上述反应是可逆反应吗？铅蓄电池需要定期补硫酸吗？ 铅酸蓄电池电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。缺点是比能量低、笨重。二次电池-锂离子电池 锂离子电池中不含有金属态的锂，锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。它是把锂离子嵌入碳（石油焦炭/石墨）中形成负极。 正极材料常用LixMO2 ： LiCoO2、LixCoO2 、LiFePO4、Li2FePO4、Li2Mn2O4、LixMnO4、LixNiO2。 电解液使用非水液态有机电解质：LiPF6+二乙烯碳酸酯（EC）+二甲基碳酸酯（DMC）。锂离子电池工作原理示意图锂离子电池工作原理示意图锂离子电池工作原理示意图锂离子电池工作原理示意图反应过程：充电时，Li从 晶体中脱嵌，由 极回到 极，嵌入石墨中。放电时，Li从石墨中脱嵌移向 极，嵌入钴酸锂晶体中，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。正钴酸锂正负电极电极反应负极嵌锂石墨(LixCy)：_正极钴酸锂(LiCoO2)：_总反应_LixCyxe=xLiCyLi1xCoO2xLixe=LiCoO2LixCyLi1xCoO2=LiCoO2Cy燃料电池 燃料电池是通过燃料气体与O2分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。优点： 燃料的利用率高、能量转化率高。燃料电池的能量转化率理论上可高达85%90%（现已达40%60%）。 能长时间供电。燃料电池的燃料和氧化剂不是储存在电池内部，而是由外设装备提供，所以能长时间供电。 对环境友好。如以H2为燃料时，产物为H2O；以CH4为燃料时，产物为H2O和CO2，CO2的排放量比常规发电厂可减少40%以上。正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-负极：2H2 4e- = 4H+总反应：2H2 + O2 = 2H2O燃料电池-氢氧燃料电池电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响负极：2H2 4e- = 4H+正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O酸性条件下总反应：2H2 + O2 = 2H2O碱性条件下负极：2H2 + 4OH- 4e- = 4H2O正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-总反应：2H2 + O2 = 2H2O有效地防止电解质溶液对外壳的腐蚀正极：2O2 + 8e-+ 4H2O = 8OH-负极：CH4 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O总反应：CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O总反应：CH4 +2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O燃料电池-甲烷燃料电池负极：CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+正极：2O2 + 8e-+ 4H2O = 8OH-负极：CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+正极：2O2 + 8e-+8H+ = 4H2O总反应：CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O碱性条件下酸性条件下中性条件下正极：O2 + 4e-+ 2CO2 = 2CO32-总反应：2CO+O2 = 2CO2负极：2CO2CO32- -4e-=4CO2熔融碳酸盐条件下正极：2O2+ 8e-= 4O2-总反应：CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O负极：CH4 8e- + 4O2- = CO2 + 2H2O熔融金属氧化物条件下 从理论上讲，凡是可燃物的燃烧反应都可以设计成原电池，所以燃料电池的燃料除H2外，还可以用CH4、甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)、肼(N2H4)等，燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同，电极反应就不同。思维启迪N2H4燃料电池 产物是N2和H2O化学电池的基本类型(1)活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。(2)两电极都参加反应，如铅蓄电池。(3)两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。归纳总结归纳总结书写原电池电极反应式时注意的问题(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。负极：Li 正极：石墨 电解质：LiAlCl4溶解在SOCl2中 8Li + 3SOCl2 6LiCl+ Li2SO3+2S负极：正极：总反应：8Li - 8e- = 8Li+ 3SOCl2 + 8e- = SO32-+2S+6Cl-一次电池-锂电池结构：负极：锂；正极：MnO2、CuO、FeS2 、石墨；电解质：多种优点：比能量大、电压高，工作温度宽，可储存时间长。广泛应用于军事和空间领域，民用领域以微小型功率为主，例如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等的电源。