苏教版 (2019)选择性必修1化学能与电能的转化一等奖课件ppt

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1.证据推理与模型认知：了解常见的一次电池、二次电池、燃料电池的原理，优点及质量优劣的评价。2.变化观念与平衡思想：掌握新型化学电源的工作原理、电极反应、分析现象及相关计算。
化学电源按其反应原理分类：
普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池
又称为充电电池或蓄电池，铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池。
电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用，放电后不可再充电。
放电后可以再充电，可多次重复使用。
燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。
普通锌锰干电池的构造示意图
碱性锌锰电池的构造示意图
碱性锌锰干电池总反应式：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH ＋2OH－
纽扣式银锌电池的构造示意图
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，因此二次电池可以多次重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池。
铅酸蓄电池的构造示意图
铅蓄电池优点电压稳定使用方便安全可靠价格低廉
铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面。
目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。
Pb+SO4 2--2e-=PbSO4
PbO2+SO42-+4H++2e- =PbSO4+ 2H2O
放电过程中，负极质量的变化是 ，电解质溶液pH的变化是 。
阴极(发生还原反应)：
PbSO4＋2e－===Pb＋SO42-
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42-
充电时，铅蓄电池阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连。
随着信息技术的发展，为了适应移动通信、便携式电脑和各种电子产品等的广泛使用，科研工作者不断研制出小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。
MH-e- +OH-=M+H2O
NiO(OH)+e- =NiO+OH-
放电时：Li＋由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时：Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，得到电子生成Li重新嵌入石墨中
嵌锂石墨(LixC6)
磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCO2)
锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液
锂离子电池的工作原理示意图
电池总反应：LixC6＋Li(1-x)CO2=LiCO2＋6C
以钴酸锂-石墨锂电池为例
Li(1－x)CO2＋xLi＋＋xe－=LiCO2
LixC6－xe－=6C＋xLi＋
例1　铅蓄电池是一种典型的可充电电池，其放电时的电池总反应式为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO 2PbSO4＋2H2O，则下列说法正确的是(　　) A．电池工作时，负极反应为Pb－2e－===Pb2＋B．铅蓄电池是二次电池，放电时电能转化为化学能C．铅蓄电池放电时两个电极质量都增大D．铅蓄电池充电时阳极电极反应为PbSO4＋2H2O＋2e－=PbO2＋4H＋＋SO
燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。
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氢氧燃料电池（碱性介质）
电解质溶液：氢氧化钾溶液
电池总反应： 2H2 + O2 = 2H2O
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性溶液电极反应式不能出现H＋
2H2 - 4e- === 4H+
O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O
氢氧燃料电池（酸性介质）
电池总反应： 2H2 + O2 =2 H2O
酸性溶液电极反应式不能出现OH－
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
CH4＋10OH－－8e－===CO32-＋7H2O
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O
例2 有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中固体电解质是Y2O3-Na2O，O2－ 可以在其中自由移动。下列说法正确的是(　　)A．瓦斯分析仪工作时，电池外电路中电流由电极a流向电极bB．电极b是正极，O2－由电极a流向电极bC．电极a的反应式为CH4＋5O2－－8e－===CO ＋2H2OD．当固体电解质中有1 ml O2－通过时，转移电子2 ml
氢氧燃料电池甲烷燃料电池肼燃料电池
1、 如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是(　　)A．放电时，M电极反应为Ni－2e－===Ni2＋B．放电时，Li＋由M电极向N电极移动C．充电时，M电极的质量减小D．充电时，N电极反应为Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi
2、某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以CH4、CH3OH为燃料时，该电池工作原理如图。下列说法正确的是(　　)A．a为CH4或CH3OH，b为CO2B．Y电极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2COC．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用D．CO 向正极移动