資源簡介

(共34張PPT)
章
四
第
化學反應與電能
第1節
原電池
第2課時
化學電源
化學史：發明電池的故事
伏特是意大利帕維亞大學的研究電學的物理學家.有一天,伏特看了一位名叫加伐尼的解剖學家的一篇論文,說動物肌肉里貯存著電,可以用金屬接觸肌肉把電引出來.看了這篇論文,伏特非常興奮,便決定親自來做這個實驗.他用許多只活青蛙反復實驗,終于發現,實際情況并不像加伐尼所說的那樣,而是兩種不同的金屬接觸產生的電流,才使蛙腿的肌肉充電而收縮.
為了證明自己的發現是正確的,伏特決定更深入地了解電的來源。
為了紀念他的貢獻,人們把電壓的計量單位叫做伏特,簡稱伏,符號V。比如我們手電筒里的電池的電壓是1.5伏特，我們家里的電燈的電壓是220伏特。
情境引入
用途廣泛的電池
用于汽車的鉛蓄電池和燃料電池
情境引入
用途廣泛的電池
用于“神六”的太陽能電池
筆記本電腦專用電池
手機專用電池
攝像機專用電池
各式各樣的紐扣電池
情境引入
［學與問］在日常生活和學習中，你用過哪些電池？你知道電池的有哪些種類？
電池
化學電池
太陽能電池
原子能電池
將化學能轉換成電能的裝置
將太陽能轉換成電能的裝置
將放射性同位素自然衰變時產生的熱能通過熱電轉換器轉變為電能的裝置
講授新課
1、化學電池
1) 概念:
將化學能變成電能的裝置
2)優點:
①能量轉換效率高，供能穩定可靠
②可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便
③易維護，可在各種環境下工作。
講授新課
3)電池優劣的判斷標準:
① 比能量
［單位：(w·h/kg)，(w·h/L)］
指電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少
② 比功率
[單位：（W/kg，W/L)]
指電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大小.
③ 電池的可儲存時間的長短
除特殊情況外，質量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質量好。
講授新課
化學電池
一次電池
二次電池
燃料電池
堿性鋅錳電池
鉛蓄電池
氫氧燃料電池等
鋰離子電池
銀鋅蓄電池
普通鋅錳干電池
鋅銀紐扣電池
④ 化學電池的分類
講授新課
1.一次電池
電池中的反應物質進行一次氧化還原反應并放電之后，就不能再次利用。
1，普通電池
鋅筒
石墨棒
MnO2和C
普通鋅-錳干電池的結構
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
總反應：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O
負極： Zn - 2e- = Zn2+
正極：2MnO2+2NH4++2e- =Mn2O3+ 2NH3+H2O
優點：制作簡單、價格便宜。缺點：放電時間短，電壓下降快。
負極材料是什么？
正極材料是什么？
電解質溶液是什么？
電極反應式如何書寫？
講授新課
2.堿性鋅錳電池
正極：MnO2
負極：Zn
負極：
Zn + 2OH- -2e- =Zn(OH)2
正極：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
氫氧化氧錳
堿性鋅錳電池構造示意圖
電解質：KOH
負極材料是什么？
正極材料是什么？
電解質溶液是什么？
電極反應式如何書寫？
優點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流和連續放電(電流穩定，放電容量、時間增大幾倍,不會氣漲或漏液)
缺點：多數只能一次使用，不能充電；價格較貴
講授新課
堿性電池具有容量大、放電電流大的特點,因而得到廣泛應用.鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液,電池總反應式為：
Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) =Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)
下列說法錯誤的是……………………………( )
A.電池工作時,鋅失去電子
B.電池正極電極反應為：
2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.電池工作時,電子由正極通過外電路流向負極
D.外電路每通過0.2mole-, 理論上減小鋅的質量6.5g
C
隨堂小練
鉛蓄電池
2.二次電池(充電電池或蓄電池):
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使用的電池。
其電池反應可以正向和逆向進行.蓄電池放電時為自發電池,充電時為電解池.充電后電池容量得到恢復,充放電次數可達千百次 .
講授新課
1)正負極材料
正極：PbO2
負極：Pb
2)工作機制
電解質溶液：H2SO4(aq)
化學能
電能
放電
充電
充電電池中能量的轉化關系：
講授新課
1.放電時電極反應式:
負極:Pb + SO42- -2e-＝PbSO4
正極：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-＝PbSO4 + 2H2O
總反應：Pb + PbO2 + 2H2SO4＝2PbSO4 + 2H2O
講授新課
2.(充放電)可逆反應式:充電時電極反應式與放電時電極反應式相反,所以可以把上述反應寫成一個可逆反應式：
優點：電壓穩定、使用方便、安全可靠、價格低廉。
缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環境。
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)
放電
充電
用途：電動自行車、汽車、發電站等都要用到它
講授新課
關于鉛蓄電池放電時的說法正確的（ ）
A．電池的負極材料是鉛板
B．正極發生的反應是 Pb +SO42--2e-= PbSO4
C．電池中硫酸的濃度不發生變化
D．負極質量減少、正極質量增加
A
隨堂小練
鋰電池——電解液為有機溶劑（無水）
負極： ；
正極： 。
總反應表示為：
用途：便攜式電子設備(智能手機、筆記本電腦等)和交通工具(電動汽車、電動自行車等；大型儲能電站等)
LixCy-xe-=xLi++Cy
Li1-xCoO2 +xLi+ + xe-= LiCoO2
負極:Li(嵌鋰石墨),正極：LiCoO2(鈷酸鋰);電解質溶液為LiPF6(六氟磷酸鋰)的碳酸酯溶液
LixCy+ Li1-xCoO2 = LiCoO2+Cy
優點：質量小、體積小、儲存和輸出能量大
資料卡片
氫鎳電池是近年開發出來的可充電電池，它可以取代會產生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應式是 H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2。根據此反應式判斷，下列敘述中正確的是( )
A.電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大
B.電池放電時，鎳元素被氧化
C.電池充電時，氫元素被還原
D.電池放電時，H2在負極上反應
CD
負極：H2+2OH--2e- = 2H2O
正極：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH-
隨堂小練
3.燃料電池
一種連續將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的化學電池.
電池的電極本身不包含活性物質,只是一個催化轉化元件.
工作時,燃料和氧化劑連續地由外部供給,在電極上不斷地進行反應,生成物不斷地被排除,于是電池就連續不斷地提供電能.
清潔、能量轉換率高的特點。
可供選擇的燃料很多，如:氫氣、烴類、肼、甲醇、氨、煤氣等液態或氣態的燃料。
講授新課
1.氫氧燃料電池：一種高效低污染的新型電池。
正極:O2 + 4H+ + 4e-＝2H2O ;
正極:O2 + 2H2O ＋4e-＝4OH- ;
負極:2H2+4OH- －4e-＝4H2O
負極:2H2 - 4e-＝4H+
總(電池)反應：2H2 + O2＝2H2O
B.堿性條件下工作原理：
總(電池)反應：2H2 + O2＝2H2O
A.酸性條件下工作原理：
講授新課
氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發電裝置。關于以KOH為電解質的氫氧燃料電池敘述錯誤的是（ ）
A、氫氧燃料電池直接把熱能轉化為電能
B、電子從負極出發，沿導線流向正極
C、負極反應式為H2+2OH--2e- =2H2O
D、電解質 KOH的物質的量不發生變化
A
隨堂小練
固體燃料電池
介質 電池反應： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
負極
正極
負極
正極
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
講授新課
燃料電池的規律
①燃料做負極，助燃劑氧氣為正極
②電極材料一般不參加化學反應，只起傳導電子的作用。
③能量轉化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節約能源。
燃料電池與前幾種電池的差別：
①氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；
②反應產物不斷排出
講授新課
書寫步驟：
（1）寫出燃燒反應的化學方程式；
（2）根據電解液改寫燃料電池總反應；
（3）寫出正極的電極反應式(一般較簡單);
（4）由燃料電池總反應式減去正極的電極反應式得到負極的電極反應式。
怎樣書寫燃料電池的電極反應式和總反應式？
方法指導
其它燃料電池：是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極,又在兩極上分別通甲烷 或其它烴燃料 和氧氣 氧化劑 。電極反應式為：
負極：CH4＋10OH-－8e ＝CO32-＋7H2O；
正極：4H2O＋2O2＋8e ＝8OH 。
電池反應為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
講授新課
使用氫氧燃料電池動力的法國產標致TAXI
同濟大學研制的燃料電池汽車－超越3號
講授新課
我國自主研發的燃料電池車
神舟六號燃料電池發電系統
講授新課
一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體,在熔融狀態下能傳導O2—.下列對該燃料電池說法正確的是( )
A．電池的總反應是：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O
B．在熔融電解質中，O2-由負極移向正極
C．通入空氣一極是正極,電極反應為：O2+4e-=2O2-
D．通入丁烷—極是正極,電極反應為：C4H10+26e-+13O2-=4CO2+5H2O
AC
隨堂小練
書寫電極反應式應注意以下幾點：
1．電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子反應的所有規則（如“拆”、“平”）；
2．將兩極反應的電子得失數配平后，相加得到總反應，總反應減去一極反應即得到另一極反應；
3．負極失電子所得氧化產物和正極得電子所得還原產物，與溶液的酸堿性有關(如＋4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32-形式存在)；
4．溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它與H＋結合成H2O、在堿性或中性溶液中它與水結合成OH-。
講授新課
熔融鹽燃料電池具有高的發電效率,因而受到重視,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質,CO為陽極燃氣,空氣與CO2的混合氣體為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池,完成有關的電池反應式:
陽極反應式：
陰極反應式：_________________
電池總反應式：_______________
O2+2CO2+4e- =2CO32-
2CO+O2 = 2CO2
2CO+2CO32--4e-= 4CO2
隨堂小練
鋰電池是一代新型高能電池，它以質量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應為
Li + MnO2=LiMnO2,下列說法正確的是（ ）
A、Li是正極，電極反應為 Li－e- =Li+
B、Li是負極，電極反應為 Li－e- =Li+
C、Li是負極，電極反應為 MnO2 +e-=MnO2 –
D、Li是負極，電極反應為 Li－2e- = Li2+
B
隨堂小練
化學電源
一次電池
二次電池
燃料電池
酸性鋅錳電池
堿性鋅錳電池
鉛蓄電池
氫氧燃料電池
課堂小結
鋰電池
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