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发展中的化学电源 化学能与电能 二 原电池 发生失电子的氧化反应 发生得电子的还原反应 原电池原理 复习 1 在右图所示的装置中 a的金属性比氢要强 b为碳棒 关于此装置的各种叙述不正确的是 A 碳棒上有气体放出 溶液的pH增大B a是正极 b是负极C 导线中有电子流动 电子从a极流到b极D a极上发生了氧化反应 B 学习目标 1 了解生活中常用的化学电源和新型化学电池 2 从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质 学习重点 学习难点 通过对常用化学电源和新型化学电池原理的了解 进一步巩固原电池原理 生物学家在解剖青蛙大腿的时候 发现金属刀碰伤青蛙大腿 青蛙就会发生颤抖 请同学们想可能是什么原因 当时物理学家伏达恰在观察 受到启发 他认为一定是青蛙腿中组织液含有电解质溶液 金属刀在切割的时候产生了电流 于是他用锌铜做电极 稀硫酸做电解质溶液 制成了世界上第一个电池 你觉得伏达的电池有何缺陷 想如何改进呢 1 干电池 干电池是一种伏打电池 利用某种吸收剂 如木屑或明胶 使内含物成为不会外溢的糊状 常用作手电筒照明 收音机等的电源 酸性锌锰干电池是最早进入市场的实用电池 1 普通锌锰干电池 优点 制作简单 价格便宜 缺点 放电时间短 电压下降快 锌 锰干电池在使用过程中 锌会逐渐溶解 锌外壳变薄 最后内部的糊状电解质泄露出来 对电器腐蚀 为了防止泄露 在外壳套上金属筒或塑料筒 制成防漏电池 P42 思考与交流 锌锰干电池有什么缺陷呢 为了延长电池寿命和提高其性能 人们将电池内的电解质换成湿的 制成了电池 NH4Cl KOH 碱性锌锰 负极 Zn OH 2e Zn OH 2 2 碱性干电池 碱性电池是个人音响 照相机等地首选电源 碱性电池 电解液 酸性NH4Cl 碱性KOH 离子导电性更好 负极 锌片 锌粉 反应面积成倍增长 使放电电流大幅度提高 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 二 发展中的化学电源 1 干电池 1 一次性电池 2 普通锌锰电池 Zn 2e Zn2 3 碱性锌锰电池 课本P39 设计P43 NH4Cl Zn 2e 2OH Zn OH 2 KOH 使用寿命短 易泄漏 使用寿命长 不易泄漏 4 应用 卡式录音机 闪光灯 电动玩具 袖珍电视机等 2MnO2 2NH4 2e Mn2O3 2NH3 H2O 2MnO2 2H2O 2e 2MnO OH 2OH Zn C Zn C 锌锰干电池 碱性干电池统称为一次电池 锌锰干电池和碱性干电池的缺陷是什么 想如何改进 二 发展中的化学电源 1 干电池 1 一次性电池 2 普通锌锰电池 Zn 2e Zn2 3 碱性锌锰电池 课本P39 设计P43 NH4Cl Zn 2e 2OH Zn OH 2 KOH 使用寿命短 易泄漏 使用寿命长 不易泄漏 4 应用 卡式录音机 闪光灯 电动玩具 袖珍电视机等 2MnO2 2NH4 2e Mn2O3 2NH3 H2O 2MnO2 2H2O 2e 2MnO OH 2OH Zn C Zn C 锌锰电池电极反应 负极 正极 Zn 2e Zn2 2NH4 2e 2NH3 H2 总反应 Zn 2NH4 Zn2 2NH3 H2 锌 锰干电池在使用过程中 锌会逐渐溶解 锌外壳变薄 最后内部的糊状电解质泄露出来 对电器腐蚀 为了防止泄露 在外壳套上金属筒或塑料筒 制成防漏电池 P42 思考与交流 锌锰干电池有什么缺陷呢 为了延长电池寿命和提高其性能 人们将电池内的电解质换成湿的 制成了电池 NH4Cl KOH 碱性锌锰 负极 Zn OH 2e Zn OH 2 2 下列有关电池叙述正确的是A 水果电池是高效环保的家用电池B 锌锰干电池是一种常用的二次电池C 锌锰干电池碳棒是负极 锌片是正极D 锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄 D 3 现在各类碱性电池已经占有了越来越多的市场份额 这类电池广泛地应用于各种小型用电器 如照相机 收音机等 中 有一种新型的锌锰电池就是这种碱性电池 它是在传统锌锰电池的基础上改进的 下列对于碱性锌锰电池的叙述中正确的是 A 由于碱性物质的存在 这种电池的缺点是容易漏液失效B 这种电池较传统锌锰电池使用寿命长C 这种电池的电解质由传统的KOH改进为NH4ClD 这种电池的电解质由传统的NH4Cl改进为KOH BD 4 日常所用干电池其电极分别为碳棒和锌皮 以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质 其中加入MnO2氧化吸收H2 电极反应可简化为 Zn 2 Zn2 2NH4 2e 2NH3 H2 NH3再用于结合Zn2 根据上述叙述判断下列说法中正确的是 A Zn为正极 碳为负极B Zn为负极 碳为正极C 工作时电子由碳极经外电路流向Zn极D 电池工作时正极发生氧化反应 B 2 充电电池 2 充电电池 氧化还原反应在充电时可以逆向进行 1 充电电池又称二次电池 能够重复使用至一定的周期 手机专用电池 摄像机专用电池 笔记本电脑专用电池 用途 目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池 它还广泛用于国防 生产 生活等领域 铅蓄电池 最早使用的充电电池 1 铅蓄电池 2 充电电池 二次电池 氧化还原反应在充电时可以逆向进行 铅蓄电池 负极 正极 总反应 放电 化学能转化为电能 充电 电能转化为化学能 电解质 优缺点 应用 可充电 比干电池使用寿命长 但体积大 有污染 汽车上使用的电瓶等 铅蓄电池 放电时 正极材料是负极材料是 电解质是 PbO2 Pb H2SO4 负极 正极 总反应 Pb SO42 2e PbSO4 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 铅蓄电池中铅的相对原子质量是207 那么铅蓄电池缺陷是什么 如何改进 寻找一下导电性较好 相对原子质量小的金属做电极 锂 镍镉充电电池 负极 正极 电解质 优缺点 应用 Cd NiO OH KOH 具有残留性记忆 可重复使用500次以上 体积小 但镉有致癌作用 如不回收 会产生严重污染 广泛用于收录机 无线对讲机 电子闪光灯 电动剃须刀等 镍镉电池 镉有致癌作用 有被镍氢电池取代的趋势 锂离子电池 锂离子电池是新一代可充电的绿色电池 特点 高能电池 电压高 质量轻 贮存时间长等 用途 现已成为笔记本电脑 移动电话 摄像机 手表 心脏起搏器等低功耗电器的主流 笔记本电脑专用电池 锂电池 有机溶剂电解液 负极 2Li 2e 2Li 正极 I2 2e 2I 总反应 2Li I2 2LiI 跟相同质量的其它金属作负极相比 使用寿命延长 高能 质轻 电压高 工作效率高 储存寿命长 发展中的电池 资料 对自然环境威胁最大的五种物质即铬 镉 铜 铅 汞 电池包含三种镉 汞 铅 综上所述 这些电池有什么缺陷呢 电池中含有大量的重金属如锌 铅 镉 汞 锰等 据专家测试 一节纽扣电池能污染60万升水 一节一号电池烂在地里 能使一平方米的土地失去利用价值 若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋 渗出的重金属物质就会渗透土壤 污染地下水 进而进入鱼类 农作物等 破坏人类的生存环境 间接威胁到人类的健康 有的还能致癌 所以我们不要乱扔电池 要及时回收 废旧电池的回收利用 有机汞中毒 患者手足失调 步行困难 运动障碍 听力及言语障碍 肢端麻木感觉障碍 视野缩小 重者神经错乱 痉挛 最终死亡 痛痛病 导致骨骼中钙流失 造成骨骼软化 萎缩 四肢弯曲 脊柱变形 连咳嗽都会引起骨折 而且患者不能进食 会疼痛无比 因此又称骨痛病 我国是电池消耗大国 2001年我国电池的产销量是140亿节 约占世界电池总量的1 3 目前 市场销售的国内外电池单体产品 均须标注汞含量 电池产品汞含量的标注方法 国内环保电池厂家标注不一 有 低汞 无汞 或 汞为0 水银为0 等几种方式 消费者购买电池时 只需看电池的汞含量 就可以知道是不是环保电池了 燃料电池 什么燃料最清洁呢 5 下列电池中不属于二次电池的是 A 碱性锌锰电池B 铅蓄电池C 镍镉电池D 锂离子电池6 随着人们生活质量的不断提高 废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程 其首要原因是 A 利用电池外壳的金属材料B 防止电池中汞 镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D 回收其中石墨电极 B A 7 据报道 锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池 因为锌电池容量更大 而且没有铅污染 其电池反应为 2Zn O2 2ZnO 原料为锌粒 电解质和空气 则下列叙述正确的是 A 锌为正极 空气进入负极反应B 负极反应为Zn 2e Zn2 C 正极发生氧化反应D 电解液肯定不是强酸 BD 8 锂电池是一代新型高能电池 它以质量轻 能量高而受到了普遍重视 目前已研制成功多种锂电池 某种锂电池的总反应为Li MnO2 LiMnO2 下列说法正确的是 A Li是正极 电极反应为Li e Li B Li是负极 电极反应为Li e Li C Li是负极 电极反应为MnO2 e MnO2 D Li是负极 电极反应为Li 2e Li2 B 3 燃料电池 高效 环境友好的化学电池 它的电极材料一般为活性电极 具有很强的催化活性 如铂电极 活性炭电极等 例如 H2和O2的燃料电池 CH4和O2的燃料电池 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 小型高性能燃料电池 氢氧燃料电池工作原理 总反应 2H2 O2 2H2O 通入的气体在电极表面放电 电池只是作为一个反应器 与其它电池区别 反应物不是储存在电池内 用途 氢氧燃料电池目前已应用于航天 军事通讯 电视中继站等领域 燃料电池 负极H2 H2 2e 2H 正极O2 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 O2 2H2 2H2O H OH H2O 2H2 4e 4H O2 4e 2H2O 4OH 2H2 4e 4H O2 4e 4H 4H2O 2H2 4e 4OH 4H2O O2 4e 2H2O 4OH 氢氧燃料电池的电极反应 一定要会判断 酸性有H 肯定没OH 碱性有OH 肯定没H 甲烷氧气燃料电池该电池用铂片插入KOH溶液中作电极 在两极上分别通甲烷和氧气负极 正极 放电总反应式 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 2O2 4H2O 8e 8OH CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 9 下列化学电池不易造成环境污染的是A 氢氧燃料电池B 锌锰电池C 镍镉电池D 铅蓄电池 A 10 阿波罗宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池 其电极反应为 2H2 4OH 4H2O 4e O2 2H2O 4e 4OH 在负极上发生反应的物质是正极发生的是 填氧化或还原 反应 H2 还原 11 1969年美国 阿波罗11号 登月成功 飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池 其构造如图示 两个电极均由多孔性碳制成 通入的气体由孔隙逸出 并在电极表面放电 1 a是极 b是极 2 外电路电子流向 负 正 a b 12 氢氧燃料电池已用于航天飞机 以30 KOH溶液为电解质的这种电池在使用时的电极反应如下 2H2 4OH 4e 4H2OO2 2H2O 4e 4OH 下列说法错误的是A 氢气通入正极 氧气通入负极B 燃料电池的能量转化率不能达到100 C 供电时的总反应为 2H2 O2 2H2OD 产物为无污染的水 属于环境友好电池 A 13 07年广东 科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池 利用细菌将有机物转化为氢气 氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电 电池负极反应为 A H2 2OH 2H2O 2e B O2 4H 4e 2H2OC H2 2H 2e D O2 2H2O 4e 4OH C 1 钮扣电池 不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒 盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料 负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料 电解质溶液为浓KOH溶液 已知电池内Zn的氧化产物为ZnO 2 银 锌电池 负极 Zn 2OH 2e ZnO H2O 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应 Ag2O Zn ZnO 2Ag 发展中的电池 Al 空气 海水电池负极 正极 放电总反应式 4Al 12e 4Al3 3O2 6H2O 12e 12OH 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 14 已知空气 锌电池的电极反应为 锌片 Zn 2OH 2e ZnO H2O石墨 O2 2H2O 4e 4OH 根据此判断 锌片是 A 负极 并被氧化B 负极 并被还原C 正极 并被氧化D 正极 并被还原15 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源 它的充电和放电过程可以表示为2Ag Zn OH 2Ag2O Zn H2O 在此电池放电时 负极上发生反应的物质是 A AgB Zn OH 2C Ag2OD Zn 充电放电 A D 小结 化学能与电能 二 发展中的化学电源 一次性电池 干电池二次电池 充电电池 燃料电池 铅蓄电池镍镉充电电池锂离子电池 氢氧燃料CH4燃料电池 各种各样的电池 空气电池 单晶硅太阳能电池 水果电池 1 锌锰干电池 一次性电池 1 普通锌锰电池负极材料是 正极材料是 电解质是 2 碱性锌锰干电池负极材料是 正极材料是 电解质是 改进后碱性锌锰电池的优点 自主学习 2 充电电池 二次性电池 1 铅蓄电池负极材料是 正极材料是 电解质是优点 缺点 2 镉镍电池负极材料是 正极材料是 电解质是优点 缺点 锂电池锂亚硫酰氯电池 Li SOCl2 8Li 3SOCl2 6LiCl Li2SO3 2S负极 正极 自主学习 3 氢 氧燃料电池负极通入正极通入 自主学习 2 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 电池的总反应是 2C4H10 13O2 8CO2 10H2OB 在熔融电解质中 O2 由负极移向正极C 通入空气的一极是正极 电极反应为 O2 4e 2O2 D 通入丁烷的 极是正极 电极反应为 C4H10 26e 13O2 4CO2 5H2O AC 8 对于锌一铜一稀硫酸组成的原电池装置中 当导线中有1mol电子通过时 理论上的两极变化是 锌