資源簡(jiǎn)介

(共37張PPT)
第一節(jié) 原電池
第2課時(shí)
化學(xué)反應(yīng)與電能
第四章
電極反應(yīng)式的書寫
2
化學(xué)電源種類
1
本節(jié)重難點(diǎn)
化學(xué)電源廣泛的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)和科研中，那么：電池是工作原理是什么？如何產(chǎn)生電流的？
銀鋅
電池
干
電
池
鉛酸
電池
鎳氫
電池
燃料
電池
鋰電池
市場(chǎng)上令人眼花繚亂的電池
化學(xué)電池放電到一定程度，電能減弱，有的經(jīng)充電復(fù)原又可使用，這樣的電池叫蓄電池，(二次電池或可充電電池) 有的不能充電復(fù)原，稱為原電池(一次電池或干電池) ，還有通入燃料即可直接轉(zhuǎn)化成電能的稱之為燃料電池
一次電池
二次電池
燃料電池
燃料電池
干電池
鉛酸電池
鋰電池
普通鋅錳干電池
化學(xué)電源
剖析：一次電池
一次電池是放電后不可充電的電池
構(gòu)造示意圖
鋅筒：____
電極反應(yīng)：_______________
石墨棒：____
最終被還原的物質(zhì)：_________
NH4Cl糊的作用：____________
負(fù)極
Zn－2e－===Zn2＋
正極
二氧化錳
電解質(zhì)溶液
Zn+2NH4Cl+2MnO2 Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
主要反應(yīng)
單液電池
普通鋅錳干電池曾一度長(zhǎng)期占據(jù)市場(chǎng)，但現(xiàn)在卻逐漸被替代，為什么呢？
原因1：會(huì)發(fā)生自放電
原因2：電解質(zhì)氯化氨為酸性，會(huì)腐蝕電池的鋅筒且反應(yīng)有氫氣生成，易造成電池膨脹及漏液現(xiàn)象
普通鋅錳干電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)
Zn
石墨棒
NH4Cl
MnO2
NH4Cl
ZnCl2
A
化學(xué)電源
剖析：一次電池
一次電池是放電后不可充電的電池
負(fù)極
Zn－2e－+ 2OH －= Zn(OH)2
正極
電解質(zhì)溶液
2MnO2 + 2H2O + 2e- = 2MnO(OH) + 2OH-
鋅：____
電極反應(yīng)：_________________________
MnO2：____
電極反應(yīng)：
______________________________________
KOH的作用：____________
構(gòu)造示意圖
堿性鋅錳電池
主要反應(yīng)
Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2
特點(diǎn)：堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好，其比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間均有所提高
雙液電池
堿性鋅錳干電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)
金屬外殼
銅針
Zn粉
KOH
MnO2
KOH
A
離子型導(dǎo)電隔膜
化學(xué)電源
剖析：一次電池
堿性干電池增大了正負(fù)極間的相對(duì)面積，用高導(dǎo)電性的氫氧化鉀溶液替代了氯化銨、氯化鋅溶液，鋅變成粉末狀，同時(shí)采用反應(yīng)活性更高的二氧化錳粉
堿性鋅錳干電池產(chǎn)生大電流和高電壓
化學(xué)電源
剖析：二次電池
二次電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池
鉛酸電池
構(gòu)造示意圖
負(fù)極電極反應(yīng)：_________________________________
正極電極反應(yīng)：_________________________________
總反應(yīng)：_________________________________
放電過(guò)程的總反應(yīng)及電極反應(yīng)式
PbO2+4H++SO42-+2e- PbSO4+2H2O
Pb +SO42- - 2e- PbSO4
Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
鉛酸電池
化學(xué)電源
剖析：二次電池
優(yōu)點(diǎn)：電壓穩(wěn)定，使用方便，安全可靠，價(jià)格低廉
充電過(guò)程與上述過(guò)程相反
鉛蓄電池的電極反應(yīng)物(Pb、PbO2)和放電后的產(chǎn)物(PbSO4)均以固體形式附著在電極材料表面，分析這樣設(shè)計(jì)的目的。
目的：使電極反應(yīng)物和產(chǎn)物富集在電極材料表面，充、放電時(shí)可以循環(huán)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電池重復(fù)使用。
Pb
PbSO4
放電
充電
負(fù)極
PbO2
PbSO4
放電
充電
正極
廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì)，如果隨意丟棄，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。因此，應(yīng)當(dāng)重視廢舊電池的回收利用，這樣既可以減少環(huán)境污染，又可以節(jié)約資源。
2022北京冬奧會(huì)的成功舉辦，不但給全世界留下了精彩紛呈的冰雪記憶，也創(chuàng)造了多項(xiàng)令人激動(dòng)的世界“首次”。對(duì)于城市文化而言，北京市由此成為世界上的首座雙奧之城，而對(duì)于汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，北京冬奧則成為世界奧林匹克歷史上，首次大規(guī)模應(yīng)用新能源車型(氫燃料電池車) 的一屆盛會(huì)。
燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源
化學(xué)電源
剖析：燃料電池
燃料電池
特點(diǎn)2：電池內(nèi)部的電極材料和離子導(dǎo)體在工作過(guò)程中不發(fā)生改變，使燃料電池可以持續(xù)工作
特點(diǎn)1：燃料和氧化劑連續(xù)的由外部供給，生成物不斷地被排出，可以連續(xù)不斷地提供電能
燃料電池的特點(diǎn)
示例分析：以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料
化學(xué)電源
剖析：燃料電池
負(fù)極
氫氧燃料電池工作原理示意圖
正極
H2 － 2e- ＝ 2H+
O2 ＋2H+ ＋2e- ＝ H2O
1
2
H2 ＋ O2 ＝ H2O
1
2
總反應(yīng)
H2
O2
電解質(zhì)溶液呈酸性(H2SO4)
(吸附效果更好)
(pH↓)
(pH↑)
(吸附效果更好)
示例分析：以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料
化學(xué)電源
剖析：燃料電池
負(fù)極
氫氧燃料電池工作原理示意圖
正極
H2 － 2e- ＋2OH-＝ 2H2O
O2 ＋H2O ＋2e- ＝ 2OH-
1
2
H2 ＋ O2 ＝ H2O
1
2
總反應(yīng)
H2
O2
電解質(zhì)溶液呈堿性(KOH)
(pH↓)
(pH↑)
燃料電池具有廣闊的發(fā)展前景。除了氫氣，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體均可作燃料電池的燃料。燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率超過(guò)80％，遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)化率僅30％ 多的火力發(fā)電，大大提高了能源的利用率。
思考：酸性(堿性)條件下，甲烷、肼、甲醇、氨作為燃料時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式？
甲烷 (CH4)
肼(N2H4)
甲醇(CH3OH)
氨(NH3)
(吸附效果更好)
示例分析：以甲烷為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料
化學(xué)電源
剖析：燃料電池
負(fù)極
氫氧燃料電池工作原理示意圖
正極
CH4－8e- ＋2H2O＝CO2↑ ＋ 8H+
總反應(yīng)
O2
(pH↓)
(pH↑)
電解質(zhì)溶液呈酸性(H2SO4)
O2 ＋4H+ ＋4e- ＝ 2H2O
CH4＋2O2 = CO2↑＋2H2O
配平小技巧：用H+調(diào)電荷守恒
CH4
(吸附效果更好)
示例分析：以甲烷為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極材料
化學(xué)電源
剖析：燃料電池
氫氧燃料電池工作原理示意圖
O2
電解質(zhì)溶液呈堿性(KOH)
負(fù)極
正極
總反應(yīng)
(pH↓)
(pH↑)
配平小技巧：用OH-調(diào)電荷守恒
CH4－8e-＋10OH- = CO32-＋7H2O
CH4＋2O2＋2OH- = CO32-＋3H2O
O2＋4e-＋2H2O=4OH-
CH4
肼(聯(lián)氨)—燃料電池
堿性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為KOH溶液)
正極
O2＋4e-＋2H2O = 4OH-
負(fù)極
酸性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為H2SO4溶液)
正極
O2＋4e-＋4H+=2H2O
負(fù)極
N2H4 + O2= N2 ↑ + 2H2O
N2H4 + 4OH- － 4e-= N2 ↑ + 4H2O
N2H4 － 4e- = N2 ↑+4H+
N2H4 + O2= N2 ↑ + 2H2O
2CH3OH＋3O2=2CO2 ↑ ＋4H2O
甲醇—燃料電池
堿性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為KOH溶液)
正極
CH3OH－6e-＋8OH- = CO32-＋6H2O
2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O
O2＋4e-＋2H2O = 4OH-
負(fù)極
酸性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為H2SO4溶液)
正極
CH3OH－6e-＋H2O=6H+＋CO2↑
O2＋4e-＋4H+=2H2O
負(fù)極
氨—燃料電池
堿性電解質(zhì)(鉑為兩極、電解液為KOH溶液)
正極
O2＋4e-＋2H2O = 4OH-
負(fù)極
2NH3+6OH-－6e- = N2+6H2O
4NH3+3O2═2N2+6H2O
氨氣為堿性氣體，易與酸反應(yīng)，故電解質(zhì)溶液應(yīng)呈堿性
化學(xué)電源
剖析：燃料電池
示例分析：固體氧化物燃料電池
固體氧化物燃料電池采用固體氧化物為電解質(zhì)(ZrO2/Y2O3)。固體氧化物在高溫下具有傳遞O2-的能力，在電池中起傳遞O2-和分離燃料和氧化劑的作用。
化學(xué)電源
剖析：燃料電池
示例分析：固體氧化物燃料電池
負(fù)極
正極
總反應(yīng)
H2 － 2e- ＋ O2-=H2O
O2 ＋ 4e-=2O2-
H2 ＋ O2 ＝ H2O
1
2
燃料為H2
思考：當(dāng)甲烷或乙烯作為燃料時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式？
固體氧化物燃料電池
燃料為甲烷
正極
負(fù)極
O2 ＋ 4e-=2O2-
燃料為乙烯
正極
負(fù)極
O2 ＋ 4e-=2O2-
CH4－8e-＋4O2- = CO2＋2H2O
C2H4－12e-＋6O2- = 2CO2＋2H2O
化學(xué)電源
剖析：燃料電池
示例分析：熔融碳酸燃料電池
熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽(yáng)極、金屬極板構(gòu)成的燃料電池。其電解質(zhì)是熔融態(tài)碳酸鹽。
負(fù)極
正極
總反應(yīng)
H2+CO32--2e- = CO2+H2O
O2+2CO2+4e- = 2CO32-
H2 ＋ O2 ＝ H2O
1
2
燃料為H2
DALUHUAXUEGOGNZUOSHI
思考：當(dāng)甲烷或丁烷作為燃料時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式？
熔融碳酸燃料電池
燃料為甲烷
正極
負(fù)極
燃料為丁烷
正極
負(fù)極
O2+2CO2+4e- = 2CO32-
O2+2CO2+4e- = 2CO32-
CH4－8e-＋ 4CO32- = 5CO2＋2H2O
C4H10－26e-＋ 13CO32- = 17CO2＋5H2O
思考：寫出CO-O2-熔融碳酸燃料電池的電極反應(yīng)式？
正極
負(fù)極
O2 ＋ 4e-=2O2-
CO－2e-＋ CO32- = 2CO2
引領(lǐng)電池技術(shù)革新的薄型柔性電池
柔性電池是一種可以彎曲和扭曲的電池。相比傳統(tǒng)的剛性電池，柔性電池在設(shè)計(jì)和使用上提供了更多的靈活性，可應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)傳感器、柔性顯示器和智能手表等。
柔性電池的制作材料和技術(shù)各不相同，常見的包括鋰離子電池、固態(tài)電池、有機(jī)電池等。這些電池通常由薄膜材料構(gòu)成，可通過(guò)印刷、涂布、擠出等方法制造。
1.某干電池的工作原理示意圖，總反應(yīng)：Zn＋2NH4+==Zn2+＋2NH3↑＋H2↑，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．石墨為電池的負(fù)極
B．電池工作時(shí)NH4+被氧化
C．實(shí)現(xiàn)了電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化
D．電子由Zn電極經(jīng)外電路流向石墨電極
答案　D
解析　根據(jù)電池反應(yīng)式知，Zn易失電子作負(fù)極，則石墨作正極，故A錯(cuò)誤；放電時(shí)，NH＋4得電子發(fā)生還原反應(yīng)，被還原，故B錯(cuò)誤；該裝置是原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故C錯(cuò)誤；放電時(shí)，電子從負(fù)極Zn沿導(dǎo)線流向正極石墨，故D正確。
2．質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理如圖所示，下列敘述正確的是(　　)

A．通入氧氣的電極發(fā)生氧化反應(yīng)
B．通入氫氣的電極為正極
C．導(dǎo)電離子為質(zhì)子，且在電池內(nèi)部由正極定向移動(dòng)至負(fù)極
D．正極的電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O
答案　D
解析　通入氧氣的電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；通入氫氣的電極是負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；質(zhì)子移向正極，故C錯(cuò)誤；正極的電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故D正確。
3．一種熔融碳酸鹽燃料電池原理如圖所示。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　　)
A．反應(yīng)CH4＋H2O 3H2＋CO，每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol電子
B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋2OH-－2e- == 2H2O
C．電池工作時(shí)，CO32-向電極B移動(dòng)
D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e-==2CO32-
答案　D
解析　A項(xiàng)，CH4→CO，則該反應(yīng)中每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移6 mol電子，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，該電池的傳導(dǎo)介質(zhì)為熔融的碳酸鹽，所以電極A即負(fù)極上H2參與的電極反應(yīng)為H2－2e-＋ CO32- ===CO2＋H2O，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，原電池工作時(shí)，陰離子移向負(fù)極，而電極B是正極，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，電極B即正極上O2參與的電極反應(yīng)為O2＋4e-＋2CO2===2 CO32- ，正確。
4．我國(guó)科學(xué)家發(fā)明的一種可控鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲(chǔ)備電源。其工作原理如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是(　　)
A．電池工作時(shí)，電子的流向：鋰電極→導(dǎo)線→石墨電極
B．水既是氧化劑又是溶劑，有機(jī)電解質(zhì)可用水溶液代替
C．電池總反應(yīng)為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
D．該裝置不僅可提供電能，還可提供清潔燃料氫氣
答案　B
解析　A項(xiàng)，鋰電極為負(fù)極，石墨電極為正極，電子從負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極，正確；B項(xiàng)，負(fù)極材料鋰能與水反應(yīng)，不可用水溶液代替有機(jī)電解質(zhì)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，電池總反應(yīng)為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，正確；D項(xiàng)，由電池總反應(yīng)知，該裝置不僅可提供電能，還可提供清潔燃料氫氣，正確。
5．固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯—氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過(guò)。該電池的工作原理如圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是(　　)
A．有O2參加反應(yīng)的電極a為電池的負(fù)極
B．多孔電極b的電極反應(yīng)式為H2＋2e－＋O2－===H2O
C．多孔電極a的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．該電池的總反應(yīng)式為2H2＋O2===2H2O
答案　D
解析　因?yàn)殡娮訌亩嗫纂姌Ob流向多孔電極a，所以多孔電極b為負(fù)極，H2在該極發(fā)生氧化反應(yīng)；多孔電極a為正極，O2在該極發(fā)生還原反應(yīng)。由此推斷該原電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為H2－2e－＋O2－===H2O，正極的電極反應(yīng)式為O2＋2e－===O2－，則電池總反應(yīng)式為2H2＋O2===2H2O。
第一節(jié)
原電池
第2課時(shí)
一次電池
二次電池
燃料電池
構(gòu)造
原理
構(gòu)造
原理
構(gòu)造
原理
燃料

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