2018_2019年高中化学第04章电化学基础专题4.2化学电池课件新人教版选修4.ppt

1、第四章 电化学基础,4-2 化学电源,形形色色的电池,形形色色的电池,用途广泛的电池,用于汽车的铅蓄电池和燃料电池,化学电池,用途广泛的电池,用于“神六”的太阳能电池,笔记本电脑专用电池,手机专用电池,摄像机专用电池,各式各样的纽扣电池,化学电池,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,锂离子电池,银锌蓄电池,普通锌锰干电池,锌银纽扣电池,一、化学电池的分类,正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH,负极：Zn +2OH-2e- =Zn(OH)2,总反应： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag,电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流和

2、连续放电,电解液：KOH,二、一次电池,银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨组成的活性材料，另一端填充锌汞合金组成的活性材料。,1、银锌电池,普通锌锰电池,碱性电池,2、普通干电池,负极,正极,电池反应：,（Zn）：Zn 2e- = Zn2+,（MnO2和C）：,优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。,3、碱性锌-锰干电池,缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵,优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电,三、二次电池,1、铅蓄电池,是由两组平行排列的栅状铅合金极板作为主架，正极板上覆盖PbO2,负极板上覆盖Pb

3、,放电过程总反应：,Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,Pb + SO42- -2e- =PbSO4,正极：,PbO2 + 4H+SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O,氧化反应,还原反应,负极：,放电过程（是原电池反应，化学能转化为电能）,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程,人们常根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电,充电过程（是电解池反应，电能转化为化学能）,PbSO4 +2e- =Pb + SO42-,还原反应,阴极：,阳极：,PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ SO42-,氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,

4、2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4,铅蓄电池的充放电过程：,Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,人们常根据硫酸密度的大小来判断铅蓄电池是否需要充电,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,其它二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,四、燃料电池：,燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池）,酸性电解质：,碱性电解质 负极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极: O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应:

5、2H2+O2=2H2O,负极： 2H2-4e-=4H+,正极： O2+4H+4e-=2H2O,总反应：2H2+O2=2H2O,1.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、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式： ， 此时电池内总的反应式: 。,CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,学以致用,书写电极反应式应注意以下几点：,2负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在

6、，在碱性溶液中以CO32形式存在）；,1将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；,3溶液中不存在O2：在酸性溶液中它与H结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH；,2. 据媒体报道：以氢氧燃料电池为动力的公交车即将在北京试运行。质子交换膜燃料电池（PEMFC）常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢为燃料，空气为氧化剂，铂做催化剂，导电离子是H+。下列对该燃料电池的描述中正确的是( ),正极反应为：O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 负极反应为：2H24e = 4H+ 总的化学反应为：2H2 + O2 = 2H2O 氢离子通过电解质向正极移

7、动 （A） （B） （C） （D）,D,学以致用,3. 一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇Y2O3的氧化锆ZrO2晶体，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是 A 在熔融电解质中，O2由负极移向正极 B 电池的总反应是：2C4H1013O2 8CO210H2O C 通入空气的一极是正极，电极反应为： O24e2O2 D 通入丁烷的一极是正极，电极反应为： 2C4H1026e13O24CO25H2O,BC,学以致用,练习4熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO

8、2的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO+2CO32- 4CO2+4e-阴极反应式：_总电池反应式：_,2CO+O22CO2,O2+2CO2+4e-2CO32-,熔融盐燃料电池,（06重庆-27）铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：,Pb+PbO2+4H+2SO42-,2PbSO4+2H2O,PbO22e4HSO42PbSO42H2O,对换,化学电源,1、一次电池,2、二次电池,3、燃料电池,锌锰干电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,掌握每一类典型 电池的正负极、 电极反应；了解 每一类电池的优 缺点；对其它电

9、 池有初步的认识,归纳总结,减 少 污 染 节 约 资 源,2.判断金属的活动性,原电池的负极为较活泼的金属，发生氧化反应。,把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连，D上有气泡逸出；A、C相连时A极减轻；B、D相连，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为。,ACDB,二、原电池原理的应用,3.改变化学反应速率,（1）加快反应速率 实验室制取氢气，用锌与稀硫酸反应。锌用纯锌好，还是用粗锌好（杂质为碳）？ 为什么？如果只有纯锌、稀硫酸和硫酸铜，怎么办？,马口铁和白铁一旦有划痕后，在潮湿的空气中，谁被腐蚀的速度快？,

10、（2）减缓反应速率-金属的电化防腐,4.钢铁的电化腐蚀,负 极：2Fe - 4e- = 2Fe2+,交流与讨论: 钢铁的电化学腐蚀,Fe,C,电解质溶液,钢铁,正 极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH -,总反应：2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2,4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较,Fe2O3 nH2O,（铁锈）,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,水膜呈酸性。,水膜呈中性或酸性很弱。,CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3-,电极反应,负极Fe(- ),Fe-2e=Fe2+,2Fe-4e=2Fe2+,正极C(+),2H+2e=H2,

11、O2+2H2O+4e=4OH-,总反应:,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,联系,归纳总结,C,负极(即Zn极)在反应时消耗OH 则负极区溶液的pH应减小,发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极,在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应,当堂检测,燃料电池中，燃料为负极，氧气为正极,由于KOH参与电极反应， 所以KOH的物质的量浓度减小,电解质溶液中，CO 几乎不移动,B,当堂检测,B,当堂检测,正极：2O24H2O8e=8OH,H2,O2,负极:2H2

12、4OH4e=4H2O,正极:O22H2O4e=4OH,负极：2H24e=4H,正极：O24H4e=2H2O,大,小,负极：CH410OH8e= 7H2O,根据总反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，又因为是碱性溶液不可能有H参加或生成，故负极反应为2H24OH4e=4H2O,正极 反应为O22H2O4e=4OH。,若将电解液换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH参加反应，也不可能有OH生成, 负极：2H24e=4H，正极：O24H4e=2H2O。,由于(1)是在碱性条件下反应，KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，pH将变小；而(2)中为酸溶液，H2SO4不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。,当堂检测,