資源簡介

(共27張PPT)
第四章　化學(xué)反應(yīng)與電能
第一節(jié)　原電池
第2課時 化學(xué)電源　
教材引言P2
學(xué)習(xí)目標
1.通過交流討論了解一次電池、二次電池和燃料電池的基本構(gòu)造,學(xué)會書寫常見的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)。
2.通過相關(guān)的信息分析了解化學(xué)電源的工作原理,初步建立化學(xué)電源工作原理的認知模型。
3.通過學(xué)習(xí)各類電池的實際應(yīng)用,感受化學(xué)給人類帶來的進步和文明,通過了解廢舊電池對環(huán)境的危害,樹立環(huán)保意識。
化學(xué)電源與原電池的關(guān)系：
原電池 雛形、原理基礎(chǔ) 化學(xué)電源
應(yīng)用
為了讓我們的生活更便利，科學(xué)家在研究電池的道路上一直在前進！
圖
教材P99科學(xué)史話：歷史上第一個化學(xué)電源
這種重量輕、可再充電且功能強大的電池，
如今被用于從手機到筆記本電腦和電動汽車的各個領(lǐng)域。它還可以儲存大量來自太陽能和風(fēng)能的能源，使一個無化石燃料的社會成為可能。
2019年諾貝爾化學(xué)獎揭曉
北京時間10月9日下午5點45分，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將2019年度諾貝爾化學(xué)獎授予美國得州大學(xué)奧斯汀分校約翰 B 古迪納夫教授、紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校 M 斯坦利 威廷漢教授和日本化學(xué)家吉野彰，以表彰其在鋰離子電池的發(fā)展方面作出的貢獻。他們創(chuàng)造了一個可再充電的世界。
他們將分享900萬瑞典克朗（約合人民幣647萬元）的獎金。
據(jù)新華網(wǎng)報道2021年，中國新能源汽車銷售完成352.1萬輛，連續(xù)7年位居全球第一。
疫情下，2022年1月，中國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成45.2萬輛和43.1萬輛，同比分別增長1.3倍和1.4倍，出口同比增長5.4倍。新能源汽車成為2022年中國高質(zhì)量發(fā)展新引擎。
現(xiàn)在新能源電池市面上分為兩種：
一種是由特斯拉為代表的的鋰電池，
一種有比亞迪為代表的的磷酸鐵鋰電池。
有人說新能源汽車好不好，關(guān)鍵看電池！
新能源？綠色？
電池優(yōu)劣的判斷標準:
① 比能量
指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少
② 比功率
指電池單位質(zhì)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(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好。
1.元電荷：
2.法拉利常數(shù)：
F=eNA=96500c/mol
3.電功：
1度電＝1kw·h=1000w×3600s = 3.6×106J
Q＝96500×n(e-)
e=1.6×10-19c
W=UQ＝ UIt＝ Pt
W=UQ＝U×96500×n(e-) J
1J=
3.6×106
1
kw·h=
3.6×103
1
w·h
例：鋰 > 鋁
與作負極材料的其它金屬相比較，相同質(zhì)量時鋰提供電子數(shù)最多。
與電化學(xué)相關(guān)的物理知識：
一次電池
二次電池
燃料電池
堿性鋅錳電池
鉛酸蓄電池
鋰離子電池
鎳氫電池
普通鋅錳干電池
將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置
太陽能電池
原子能電池
將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置
將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能通過熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置
化學(xué)電池
電池
構(gòu)造
組成
優(yōu)點
缺點
應(yīng)用
正極
負極
總反應(yīng)
電極方程式書寫方法的滲透
電池的分類
普通鋅錳電池
鋅筒
石墨棒
MnO2和C
普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
1.普通干電池
Zn－2e-＝Zn2＋
(又叫干電池：電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動)
電池中的反應(yīng)物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)進行放電，逐漸被消耗后就不能繼續(xù)使用。
(1)構(gòu)造:
2NH4＋＋2e-＝2NH3↑＋＋H2↑;
NH3被ZnCl2吸收：2NH3＋ZnCl2＝Zn(NH3)2Cl2
H2被MnO2吸收：H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O
一次電池
負極:
正極:
總反應(yīng)：
(3)工作原理:
Zn+2MnO2 +2NH4Cl===Mn2O3+Zn(NH3)2Cl2+H2O
分析普通鋅錳干電池長期占據(jù)市場和現(xiàn)在逐漸被替代的可能原因。
一次電池
鋅錳干電池即使不用，放置過久，也可能會漏液失效，這是為什么？在使用和保存時又應(yīng)該注意哪些方面？
鋅錳電池在使用和放置過程中，鋅會溶解，鋅筒會逐漸變薄，內(nèi)部糊狀電解質(zhì)會泄漏出來，使電器腐蝕，長時間不用，應(yīng)從電器中取出，密封儲存于低溫干燥處。
為了防止泄露，外殼套上防腐金屬或塑料筒，制成防漏電池
2.堿性鋅錳電池
負極：
Zn + 2OH- -2e- =Zn(OH)2
正極：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO（OH）+2OH-
氫氧化氧錳
堿性鋅錳電池構(gòu)造示意圖
優(yōu)點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電
(電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍,不會氣漲或漏液)
缺點：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴
(1)構(gòu)造:
(3)工作原理:
Zn+2MnO2+2H2O === 2MnO(OH)+Zn(OH)2。
堿性電池
一次電池
總反應(yīng):
優(yōu)點：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉。
2.二次電池(又叫充電電池、蓄電池,放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用)
1.鉛酸蓄電池
(1)構(gòu)造：
鉛酸蓄電池的構(gòu)造
缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境
二次電池
(3)工作原理:
總反應(yīng)：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb -2e- + SO42- =PbSO4
正極：
PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
負極：
①放電過程:
鉛酸蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程
②充電過程：
PbSO4 +2e- =Pb + SO42-
還原反應(yīng)
陰極(接負極)：
陽極(接正極)：
PbSO4 -2e- +2H2O = PbO2 + 4H++ SO42-
氧化反應(yīng)
總反應(yīng)：
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
充放電過程：
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
放電
充電
正接正作陽極，負接負陰極
可逆反應(yīng)？
放電：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
充電：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
~2轉(zhuǎn)e-
思考1:充電時電極的連接：負接負后作陰極，正接正后作陽極。
思考2:鉛酸蓄電池在放電一段時間后,正極、負極的質(zhì)量將如何變化 溶液的pH變化？
鉛酸蓄電池放電時,正極部分PbO2變?yōu)镻bSO4,質(zhì)量 ;
負極部分Pb變?yōu)镻bSO4,質(zhì)量 。
電解質(zhì)溶液的pH 。
思考3:當(dāng)向外提供0.5mol電子時，消耗硫酸的物質(zhì)的量為
0.5mol
二次電池
1.鉛酸蓄電池
變大
變大
升高
正負極質(zhì)量都增大
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
放電
充電
~轉(zhuǎn)2e-
2.鎳氫電池
圓柱可充鎳氫電池
方形可充鎳氫電池
能量密度高；無鎘污染，是一種綠色電池；可大電流快速充放電；電池工作電壓為1.2V；在小型便攜電子器件、電動工具、電動車輛和混合動力車上逐步得到應(yīng)用。
優(yōu)點：
H2 + 2NiOOH 2Ni(OH)2
放電
充電
正極：
負極：
放電
陽極：
陰極：
充電
總反應(yīng)：
H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O
2NiOOH +2 e- + 2H2O = 2Ni(OH)2 +2 OH-
2H2O +2 e- = H2 + 2OH-
2 Ni(OH)2 －2 e- + 2OH-= 2NiOOH +2 H2O
二次電池
氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是 H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2。根據(jù)此反應(yīng)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(yīng)
CD
負極：H2+2OH--2e- = 2H2O
正極：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH-
對點訓(xùn)練
3.鋰離子電池
總反應(yīng)：
正極：
負極：
放電
陽極：
陰極：
充電
LixC6 +Li1-xCoO2 LiCoO2＋6C
放電
充電
負極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6 )
正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)
電解液：鋰導(dǎo)電有機電解液
LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
Li1-xCoO2+xe-+xLi ＝LiCoO2
6C+xe－+xLi+＝LixC6
LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中，
充電時，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負極，嵌入石墨中。
這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負極之間完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。
二次電池
1.定義：一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池.
可供選擇的燃料很多，如:氫氣、烴類、肼（N2H4）、甲醇、氨、煤氣等液態(tài)或氣態(tài)的燃料。
2.結(jié)構(gòu)特點：
電極本身只是催化轉(zhuǎn)化元件，不參與反應(yīng) ，但具有很強的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等；
反應(yīng)物（燃料和氧化劑）不是儲存在電池內(nèi)部，由外部連續(xù)供給；
產(chǎn)物不斷排出。
3.優(yōu)點：能連續(xù)不斷的提供電能。能量轉(zhuǎn)換率高(超過80%，普通的只有30%)， 有利于節(jié)約能源，排放的廢棄物少甚至零排放，綠色環(huán)保。
缺點：體積較大、附屬設(shè)備較多
燃料電池
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(yīng)：2H2 + O2＝2H2O
B.堿性條件下工作原理：
總(電池)反應(yīng)：2H2 + O2＝2H2O （注意：條件不用點燃）
A.酸性條件下工作原理：
燃料電池
燃料電池
O2一律在正極，O2（1mol）一律4e-
（特例：產(chǎn)物為H2O2是2e-）
電解質(zhì)溶液:H2SO4溶液
正極:3O2+12e-+12H+ === 6H2O
負極:2CH3OH-12e- +2H2O=== 2CO2 +12H+
總反應(yīng):2CH3OH+3O2 === 2CO2+4H2O
電解質(zhì)溶液:KOH溶液
正極:O2+2H2O+4e- === 4OH-
負極:N2H4+4OH--4e- === N2↑+4H2O
總反應(yīng):N2H4+O2 === N2+2H2O
3.酸性甲醇燃料電池
燃料電池
4.堿性肼燃料電池
2.堿性甲烷燃料電池
電解質(zhì)溶液:KOH溶液
正極:2O2+4H2O+8e- === 8OH-
負極:CH4-8e- +10OH-=== CO32- +7H2O
總反應(yīng):CH4+2O2 +2OH-=== CO32-+3H2O
酸性產(chǎn)物：CO2
堿性產(chǎn)物：CO32-
產(chǎn)物無毒無害
該電池中導(dǎo)電離子是氧化物中的O2－。
該電池中導(dǎo)電離子是碳酸鹽中的CO32-。
總反應(yīng)：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),
以熔融金屬氧化物為介質(zhì)，高溫下能傳導(dǎo)O2-
5.丁烷-固體氧化物燃料電池
6.CH4-熔融碳酸鹽燃料電池
C4H10
e-
e-
e-
D
1.
產(chǎn)物無毒無害
2．如圖為一種微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，敘述正確的是(　　)
A．分子組成為Cm(H2O)n的物質(zhì)
一定是糖類
B．微生物所在電極區(qū)放電時
發(fā)生還原反應(yīng)
C．放電過程中，H＋從正極區(qū)移向負極區(qū)
D．正極反應(yīng)式為MnO2＋4H＋＋2e－ = Mn2＋＋2H2O
3．酒駕行為危害社會安全，交警部門常用酸性燃料電池酒精檢測儀對此進行檢測。該檢測儀的工作原理如圖所示，下列說法正確的是
A．電子從呼氣的 電極透過質(zhì)子交換膜，
流向通入O2的 Pt 電極
B．負極的電極反應(yīng)式為
C．該電池工作一段時間后，正極區(qū)溶液的 Ph 減小
D．每消耗 22.4L O2時，外電路就通過4 mol電子
減少污染、節(jié)約資源
電池中含有大量的重金屬如鋅、鉛、鎘、汞、錳等。據(jù)專家測試，一節(jié)紐扣電池能污染60萬升水；一節(jié)一號電池爛在地里，能使一平方米的土地失去利用價值。若將廢舊電池混入生活垃圾一起填埋，滲出的重金屬物質(zhì)就會滲透土壤、污染地下水，進而進入魚類、農(nóng)作物等，破壞人類的生存環(huán)境，間接威脅到人類的健康，有的還能致癌。所以我們不要亂扔電池，要及時回收。
太陽能電池
將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置
原子能電池
將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能通過熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置
用于“神六”的太陽能電池

展開更多......

收起↑