常见化学电池类型

张家口市第四中学 2008 届高三化学第二轮学案 何慧丽 1 常见化学电池类型常见化学电池类型 一 常见的一 常见的化学化学电源电源 原电池是一种将化学能转变为电能的装置 而化学电源则是一种实用的原电池 化学电 源品种繁多 大体可分为三类 1 燃料电池 燃料电池 又称连续电池 一般以天然燃料或其它可燃物质如 H2 CH4等作为负极反应 物质 以 O2作为正极反应物质而形成的 燃料电池体积小 质量轻 功率大 是正在研究 的新型电池之一 1 氢氧燃料电池 氢氧燃料电池 主要用于航天领域 是一种高效低污染的新型电池 一般用金属铂 是 一种惰性电极 并具有催化活性 或活性炭作电极 其电极反应式为 40 的 KOH 溶液作电解质溶液 负极 2H2 4OH 4e 4H2O 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应式为 2H2 O2 2H2O 酸性溶液做电解质溶液 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 4H 4e 4H2O 2 甲烷燃料电池 甲烷燃料电池 用金属铂作电极 用 KOH 溶液作电解质溶液 其电极反应式为 负极 CH4 10 OH 8e CO3 2 7H2O 正极 2O2 4H2O 8e 8OH 总反应式为 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 3 甲醇燃料电池 甲醇燃料电池 是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液 的新型手机电池 电量是现有镍氢电池或锂电池的 10 倍 其电极反应式为 负极 2CH4O 16OH 12e 2CO3 2 12H2O 正极 3O2 6H2O 12e 12OH 总反应式为 2CH4O 3O2 4OH 2CO3 2 6H2O 4 固体氧化物燃料电池 固体氧化物燃料电池 该电池是美国西屋公司研制开发的 它以固体氧化锆 氧化钇为 电解质 这种固体电解质在高温下允许 O 2 在其间通过 其电极反应式为 负极 2H2 2O2 4e 2H2O 正极 O2 4e 2O 2 总反应式为 2H2 O2 2H2O 5 熔融盐燃料电池 熔融盐燃料电池 该电池用 Li2CO3和的 Na2CO3熔融盐混合物作电解质 CO 为阳极燃 气 空气与 CO2的混合气为阴极助燃气 制得在 6500C 下工作的燃料电池 熔融盐燃料电 张家口市第四中学 2008 届高三化学第二轮学案 何慧丽 2 池具有高的发电效率 因而受到重视 其电极反应式为 负极 2CO 2CO3 2 4e 4CO2 正极 O2 2CO2 4e 2CO3 2 总反应式为 2CO O2 2CO 2 2 蓄电池 蓄电池 可以多次反复使用 放电后可以充电复原 又称二次电池 1 铅蓄电池 铅蓄电池 铅蓄电池是一种常见的可充电池 在工农业生产和日常生活中有广泛的应用 该电池 以 Pb 和 PbO2 作电极材料 H2SO4作电解质溶液 其电极反应式为 放电时 负极 Pb SO4 2 2e PbSO4 正极 PbO2 4H SO4 2 2e PbSO4 2H2O 充电时 阳极 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 阴极 PbSO4 2e Pb SO42 蓄电池总反应式 2 碱性镍 碱性镍 镉电池镉电池 该电池以 Cd 和 NiO OH 作电极材料 NaOH 作电解质溶液 其电极反应式为 负极 Cd 2OH 2e Cd OH 2 正极 2NiO OH 2H2O 2e 2Ni OH 2 2OH 总反应式为 Cd 2NiO OH 2H2O Cd OH 2 2Ni OH 2 从上述两种蓄电池的总反应式可看出 铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外 同时还消耗电 解质硫酸 使溶液中的自由移动的离子浓度减小 内阻增大 导电能力降低 而镍 镉电池 在放电时只消耗水 电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化 内阻几乎不变 导 电能力几乎没有变化 3 氢镍可充电池 氢镍可充电池 该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池 可连续充 放电 500 次 可以取代会产生镉污染的镍 镉电池 其电极反应式为 负极 H2 2OH 2e 2H2O 正极 2NiO OH 2H2O 2e 2Ni OH 2 2OH 总反应式为 H2 2NiO OH 2Ni OH 2 3 银锌蓄电池 银锌蓄电池 银锌电池是一种高能电池 它质量轻 体积小 是人造卫星 宇宙火箭 空 间电视转播站等的电源 目前 有一种类似干电池的充电电池 它实际是一种银锌蓄电池 张家口市第四中学 2008 届高三化学第二轮学案 何慧丽 3 电解液为 KOH 溶液 放电过程 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 充电过程 阳极 2Ag 2OH 2e Ag2O H2O 阴极 Zn OH 2 2e Zn 2OH 3 一次性电池 一次性电池 即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了 1 锌锰电池 锌锰电池 干电池干电池 该电池的负极材料是锌 正 极材料是碳棒 电解质是 MnO2 NH4Cl ZnCl2组成 的糊状物 其电极反应式为 负极 Zn 2e Zn 2 正极 2MnO2 2NH4 2e Mn2O3 2NH3 H2O 总反应式为 Zn 2MnO2 2 NH4 Zn 2 Mn2O3 2NH3 H2O 电池中 MnO2的作用是将正极上 NH4 还原生成的 H 氧化成为水 以免产生 H2附在石墨表面而增加电池内阻 由于反应中锌筒不断消耗变薄 且有液态水生成 故电池用久后会变软 2 银锌电池 银锌电池 钮扣电池钮扣电池 该电池使用寿命较长 广泛用于电子表和电子计算机 其电极分别为 Ag2O 和 Zn 电解质为 KOH 溶液 其电极反应式为 负极 Zn 2OH 2e ZnO H2O 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应式为 Zn Ag2O ZnO 2Ag 3 高能电池 高能电池 锂电池锂电池 该电池是 20 世纪 70 年代研制出的一种高能电池 由于锂的相对 原子质量很小 所以比容量 单位质量电极材料所能转换的电量 特别大 使用寿命长 适 用于动物体内 如心脏起搏器 因锂的化学性质很活泼 所以其电解质溶液应为非水溶剂 如作心脏起搏器的锂 碘电池的电极反应式为 负极 2Li 2e 2Li 正极 I2 2e 2I 总反应式为 2Li I2 2LiI 4 海水 海水 铝电池铝电池 该电池是 1991 年我国首创以 铝 空气 海水 电池为能源的新型航海标志 灯 这种灯以海水为电解质溶液 靠空气中氧气使铝不断氧化而产生电流 只要把灯放入海 水中就能发出耀眼的闪光 其能量比干电池高 20 50 倍 其电极反应式为 负极 4Al 12e 4Al 3 正极 3O2 4H2O 8e 8OH 总反应式为 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 总反应式 放电 Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 充电 张家口市第四中学 2008 届高三化学第二轮学案 何慧丽 4 二 电极反应式的书写二 电极反应式的书写 书写电极反应式是学习电化学的基本功 也是高考和竞赛所必须掌握的知识点 一般来 讲 书写原电池的电极反应式应注意如下四点 1 准确判断原电池的正负极 准确判断原电池的正负极 如果电池的正负极判断失误 则电极反应式必然写错 这是正确书写电极反应式的前提 一般而言 较活泼的金属成为原电池的负极 但不是绝对的 如将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时 铜却是原电池的负极被氧化 因为铝在浓 硝酸中表面产生了钝化 此时 其电极反应式为 负极 Cu 2e Cu 2 正极 2NO3 4H 2e 2NO2 2H2O 又如将镁铝合金放入 6mol L 的 NaOH 溶液中构成原电池时 尽管镁比铝活泼 但镁不和 NaOH 溶液反应 所以铝成为负极 其电极反应式为 负极 2Al 8OH 6e 2AlO2 4H2O 正极 6H2O 6e 3H2 6OH 2 高度注意电解质的酸碱性 高度注意电解质的酸碱性 在正 负极上发生的电极反应不是孤立的 它往往与电解质溶液紧密联系 如氢 氧燃料电池有酸式和碱式两种 在酸溶液中负极反应式为 2H2 4e 4H 正极反应式为 O2 4H 4e 2H2O 如是在碱溶液中 则不可能有 H 出现 在酸溶液中 也不可能出现 OH 又于 CH4 CH3OH 等燃料电池 在碱溶液中 C 元素以 CO32 离子形式存在 而不是放出 CO2 3 牢牢抓住总的反应方程式 牢牢抓住总的反应方程式 从理论上讲 任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池 而两个电极反应相加即 得总的反应方程式 所以