高中原电池教学演示ppt课件

这是一份高中原电池教学演示ppt课件，共39页。PPT课件主要包含了学习目标，学习任务二化学电源，一概述，氧化还原反应，氧化剂，化学电池的用途，稳定可靠，氧化物，元电荷，法拉利常数等内容，欢迎下载使用。
2019年诺贝尔化学奖用于奖励锂离子电池的发展。这种重量轻、可再充电且功能强大的电池，如今被用于从手机到笔记本电脑和电动汽车的各个领域。它还可以储存大量来自太阳能和风能的能源，使一个无化石燃料的社会成为可能。
2019年诺贝尔化学奖揭晓
北京时间10月9日下午5点45分，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2019年度诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校约翰•B•古迪纳夫教授（Jhn B. Gdenugh。1922年生，得克萨斯大学奥斯汀分校机械工程和材料科学教授）、纽约州立大学宾汉姆顿分校 M•斯坦利•威廷汉教授（M. Stanley Whittingham。1941年生，纽约州立大学宾厄姆顿大学特聘教）和日本化学家吉野彰（Akira Yshin。1948年生，东京旭化成株式会社名誉研究员、名古屋明治大学教授。），以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。他们创造了一个可再充电的世界。 他们将分享900万瑞典克朗（约合人民币647万元）的奖金。
1.知道日常生活中常用的化学电源和新型化学电池。2.认识一次电池、二次电池、燃料电池等几类化学电池。3.会书写常用化学电池的电极反应式及总反应式。
1.化学电池是将_____能转变为____能的装置。
____电池（干电池）：_______________物质消耗到一定程度，就不能使用；____电池（充电电池或蓄电池）：放电后可以再____使活性物质获得_____；____电池：一种连续将_____和_________的化学能________转换成电能的化学电池。
2.化学电池的分类：它主要包括____电池、____电池、____电池。
种类繁多的化学电源在生产、生活和科研中得到广泛应用。如手机、照相机、计算器、汽车、卫星、太空站、贮能领域等均要使用电池。
4.化学电池的优点：能量转化率较______，供能___________，可以制成各种______、_______和_______不同的电池及电池组，使用方便携带，易于_______，并可在各种环境下工作。
5.衡量电池优劣及用途的指标：
(1)比能量：电池单位质量或单位体积所能输出______的多少，符号(w·h)/kg ,(w·h)/L(2)比功率：电池单位质量或单位体积所能输出____的大小，符号w/kg ,w/L(3)储存时间：电池的储存时间的______。除特殊情况外，质量___、体积___而输出功率______和储存时间______的电池，更适合使用者的需要。
与电化学相关的物理知识：
F=eNA=96500c/ml
1度电＝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
1.一次电池(又叫干电池)
优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。
2MnO2+ 2e- +2NH4+=2NH3↑+Mn2O3+H2O
Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O
（二）化学电池分类例析：
Zn – 2e- = Zn2+
(2)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。
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-
Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
铅酸电池由两组栅状电极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb，电解质溶液为H2SO4溶液。
2.二次电池(又叫充电电池、蓄电池)
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb -2e- + SO42- =PbSO4
PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
PbSO4 +2e- =Pb + SO42-
PbSO4 -2e- +2H2O = PbO2 + 4H++ SO42-
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
锌银电池比能量___、电压____，储存时间___，适宜____电流连续放电，常制成____式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、_____和其他微型电子仪器。
Zn -2e- +2OH-=Zn(OH)2
Ag2O + 2e- + H2O=2Ag+2OH-
Zn + Ag2O + H2O ＝ 2Ag + Zn(OH)2
电解质溶液为KOH溶液
比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
镉金属对于环境有污染，电池容量小，寿命短,有电池记忆
Cd-2e- +2OH-= Cd(OH)2
2NiO(OH) +2e- +2H2O=2Ni(OH)2+ 2OH-
Cd(OH)2+2e- =Cd+2OH-
Ni(OH)2－2e- + OH- = NiO(OH)+H2O
能量密度高；无镉污染，是一种绿色电池；可大电流快速充放电；电池工作电压为1.2V；在小型便携电子器件、电动工具、电动车辆和混合动力车上逐步得到应用。
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
负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6 )
正极材料：钴酸锂(Li1-xCO2)
电解液：锂导电有机电解液
LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
Li1-xCO2+xe-+xLi ＝LiCO2
6C+xe－+xLi+＝LixC6
LiCO2－xe- ＝Li1-xCO2+xLi+ 
铜箔和铝箔之间夹有微孔结构的白色薄膜，浸泡在有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯中。
负极：覆盖有石墨粉的铜箔
正极：覆盖有钴酸锂的铝箔
磷酸铁锂系锂离子电池：
6C +xLi+ + xe- ＝ LixC6
LiFePO4 － xe-＝Li1-xFePO4 + xLi+
LixC6 － xe- ＝ xLi+ + 6C
Li1-xFePO4 + xe- + xLi+ ＝ LiFePO4
锂离子电池的优越性能: 相对于传统的镉镍电池(Ni/Cd)和氢镍电池(Ni/MH),锂离子电池的电压大约是它们的3倍;重量比能量密度提高了约3倍;对于同样的功率消耗，锂离子电池的使用期限约为镍镉电池的2.25～2.57倍.现在锂离子电池已经是电子信息产品设计人员的普通配置.
①工作电压高 、②比能量大、 ③循环寿命长、 ④自放电率低 、⑤无记忆效应、 ⑥污染小。
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……）
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O
2H2 + O2 = 2H2O
2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O
O2+ 4e- + 2H2O = 4OH-
2H2+ O2 = 2H2O
(2)甲烷-氧燃料电池
负极：正极：电池总反应式：
CH4 - 8e- + 10OH- ＝ CO32- + 7H2O
2O2 + 8e- + 4H2O ＝ 8OH-
CH4+2O2+2OH -＝CO32-+3H2O
CH3OH - 6e- + 8OH- ＝ CO32- + 6H2O
O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH-
2CH3OH +3O2 + 4OH-＝2CO32- +6H2O
N₂H4－4e- +4OH-= N₂ ↑ + 4H₂O
O₂ + 4e- + 2H₂O= 4OH-
N₂H4 + O₂ = N₂↑ + 2H₂O
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 +Ｏ２ = 2H2O
(6)铝-空气-海水电池
1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。
4A1-12e- ＝ 4A13+
3O2+12e-+6H2O ＝12OH-
4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3
这种海水电池比“干电池”的能量高20～50倍。
4.液流电池(主要用于储能)
阴极： Cr 3+ + e-＝ Cr 2+阳极： Fe2+ －e-＝ Fe 3+
负极： Cr 2+ －e-＝ Cr 3+正极： Fe 3+ +e-＝ Fe2+
负极：V2+－e-＝V3+正极：VO2++2H++e-＝VO2++H2O
离子颜色： V2+紫色， V3+绿色， VO2+蓝色，VO2+黄色
阴极：V3++ e-＝V2+阳极：VO2+－e-+H2O＝VO2++2H+
▲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，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-；
1.下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是( )
A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B.干电池在长时间使用后，锌筒被破坏C.铅蓄电池工作过程中，每转移2ml电子，负极质量减小207gD.氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源
2.某燃料电池可实现NO和CO的无害转化，其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.石墨Ⅰ电极上发生氧化反应
A.充电时a极接外电源的正极B.放电时在电解质中 由a极向b极迁移C.充电时若转移0.02ml电子，石墨电极将减少0.14gD.该废旧电池进行“放电处理”有利于锂在 极回收
3.（双选）2019年诺贝尔化学奖授予了在锂离子电池研发领域作出贡献的三位科学家。一种锂离子电池的结构如图所示，电池反应为：
。下列说法正确的是( )
4. （双选）科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.右边吸附层中发生了还原反应B.负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－= 2H2OC.电池的总反应是2H2＋O2 = 2H2OD.电解质溶液中Na＋向左移动，ClO4－向右移动
新制作或放电后锂离子嵌在正极材料的层状结构中
开始充电后，在外加电场的作用下，正极材料失去电子，锂离子从正极材料中脱嵌而出
继续充电中，正极材料持续失去电子，锂离子也持续脱嵌，直至充电完成
阳极：LiCO2－xe- ＝Li1-xCO2+xLi+ 
锂离子通过电解液和隔膜，移动到负极石墨材料
锂离子嵌入石墨层中，同时电子通过外电路到达负极，形成相对稳定的嵌锂石墨，充电完成。
阴极(负极)： 6C+xe－+xLi+＝LixC6