选修4 各类化学电源.ppt

选修4化学电源 学习目标 1 了解实用化学电源的发展历程和种类2 能正确书写电池半反应 并运用电池原理分析 解决问题 一次电池 酸性锌锰干电池结构 锌筒 碳棒作两极 ZnCl2 NH4Cl糊状物作电解质 碳棒被MnO2包围 MnO2和碳黑包裹着碳棒 碳黑能导电 MnO2用于吸收正极产物H2 H2的产生会增大电池内电阻 使输出电压迅速降低 电池在存放过程中 负极锌与电解质NH4Cl直接接触 会发生化学腐蚀 导致锌筒蚀破 电池作废 电解质泄漏 损坏电器 碱性锌锰干电池结构 负极锌 正极MnO2 KOH为电解质 电池总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 从总反应来看 电解质KOH在放电过程中没有消耗 却在消耗H2O 一次电池 一次电池 银锌电池结构 负极锌 正极Ag2O KOH为电解质 总反应 Zn Ag2O ZnO 2Ag Zn 2OH 2e ZnO H2O Ag2O H2O 2e Ag 2OH 二次电池 铅蓄电池结构 负极Pb 正极PbO2 H2SO4作电解质 放电反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l Pb s SO42 aq 2e PbSO4 s PbO2 s 4H aq SO42 aq 2e PbSO4 s 2H2O l 二次电池 镍镉电池 电解质KOH可充放电达500次以上 输出电压稳定 放电量大 缺点 具放电记忆性 镉对环境污染严重 总反应 2NiOOH Cd 2H2O2Ni OH 2 Cd OH 2 负极 Cd 2e 2OH Cd OH 2 正极 2NiO OH 2e 2H2O 2Ni OH 2 2OH 二次电池 镍氢电池 电解质KOH比镍镉电池更轻 使用寿命也更长 并且对环境无污染 镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多 性能比锂电池要差 正极 NiOOH H2O e Ni OH 2 OH 以上式中M为储氢合金 MH为吸附了氢原子的储氢合金 最常用储氢合金为LaNi5 总反应 MH NiOOHM Ni OH 2 负极 MH e OH M H2O 二次电池 锂离子电池是一种新型的二次电池 它不含有金属态的锂 它主要依靠LI 在正负两极之间移动来工作 放电时 LI 从负极材料 石墨 脱嵌 经过电解质膜 嵌入正极材料 CoO2 充电过程刚好相反 锂离子电池不同于锂金属电池 后者因危险性较少实用 总反应 CoO2 LiC6 LiCoO2 6C 负极 LiC6 e 6C Li 正极 CoO2 Li e LiCoO2 负极每脱嵌一个LI 同时失去一个电子正极每入嵌一个Li 同时得到一个电子 燃料电池 燃料电池 与一次 二次电池不同 燃料电池并不需要将反应活性物质贮藏在电池内部 它工作时 燃料和氧化剂由外部供给 燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能 电极材料本身不参与电池反应 但电解质会参与电池反应 酸性氢氧燃料电池总反应 2H2 O2 2H2O 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 4e 4H 2H2O H 定向移动到正极 在负极生成 在正极消耗 燃料电池 碱性氢氧燃料电池总反应 2H2 O2 2H2O 负极 2H2 4e 4OH 4H2O 正极 O2 4e 2H2O 4OH OH 定向移动到负极 正极生成 负极消耗 燃料电池 酸性甲醇燃料电池 燃料电池的特点 电解质 离子 一定在一极上生成 定向移动后在另一极上消耗 燃料电池 碱性甲醇燃料电池 同样 电解质OH 向负极移动 在正极生成 负极消耗 熔融碳酸盐氢氧燃料电池 例 美国加州Miramar海军航空站安装了一台250KW的MCFC型空气燃料电池 该电池可同时供应电和水蒸气 其工作温度为700 800 所用燃料为氢气 电解质为熔融的K2CO3 请写出电池和电极反应式 思考 为了让电池能够持续稳定工作 通入正极气体时应注意什么 通入的正极气体应该是O2和CO2的混合物 熔融氧化物燃料电池 例 丁烷燃料电池中一个电极通入空气 另一电极通入丁烷 电池的电解质是掺杂了Y2O3 三氧化二钇 的ZrO2 二氧化锆 晶体 它在高温下能传导O2 试写出正 负极的电极反应式 负极 2C4H10 26O2 52e 8CO2 10H2O正极 13O2 52e 26O2 燃料电池共有特点 电解质定向移动传递电流 在一极生成 另一极等量消耗 熔融碳酸盐燃料电池 例 某燃料电池以熔融的K2CO3 其中不含O2 和HCO3 为电解质 以丁烷为燃料 以空气为氧化剂 以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极 试写出电池及电极反应 在燃料电池中 电解质离子一定参与了电极反应 一极生成 一极等量消耗 实战技巧 1 磷酸铁锂电池的构造如图所示 其正极的电极反应式为FePO4 Li e LiFePO4 下列有关判断不合理的是 A 负极区的电解质溶液不可能是水溶液B 聚合物薄膜可允许Li 通过C 负极反应式为LiCx e Li CxD 充电时 Li 由负极区移向正极区 实战 2 现今市面上的智能手机都面临着电池续航不足的问题 最常见的智能手机电池工作原理是下列说法错误的是 A 放电时 每转移xmol电子 通过电解质膜的Li 为 1 x molB 负极材料是填充了金属锂的石墨 LiC6 C 充电时阳极的电极反应为D 负极的电极反应式为 3 饱和甘汞电极 Hg Hg2Cl2 因其电动势稳定 常用作基准电极 饱和甘汞电极的内部构造如图所示 当甘汞电极与锌共同插入ZnCl2溶液中构成原电池时 下列说法正确的是 A 负极的电极反应式为Zn 2e Zn2 B 正极的反应式为Hg2Cl2 2e 2H