【化学】《化学电源》(人教版选修)

第四章电化学基础 第二节化学电源 发明电池的故事 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家 有一天 伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文 说动物肌肉里贮存着电 可以用金属接触肌肉把电引出来 看了这篇论文 伏特非常兴奋 便决定亲自来做这个实验 他用许多只活青蛙反复实验 终于发现 实际情况并不像加伐尼所说的那样 而是两种不同的金属接触产生的电流 才使蛙腿的肌肉充电而收缩 为了证明自己的发现是正确的 伏特决定更深入地了解电的来源 发明电池的故事 一天 他拿出一块锡片和一枚银币 把这两种金属放在自己的舌头上 然后叫助手将金属导线把它们连接起来 刹时 他感到满嘴的酸味儿 接着 他将银币和锡片交换了位置 当助手将金属导线接通的一瞬间 伏特感到满嘴的咸味 这些实验证明 两种金属在一定的条件下就能产生电流 伏特想 只要能把这种电流引出来 就能大有作用 伏特经过反复实验 终于发明了被后人称做 伏特电堆 的电池 这就是在铜板和锌板中间夹上卡纸和用盐水浸过的布片 一层一层堆起来的蓄电池 这种电池 今天仍然在使用着 为了纪念他的贡献 人们把电压的计量单位叫做伏特 简称伏 符号V 比如我们手电筒里的电池的电压是1 5伏特 我们家里的电灯的电压是220伏特 化学电源 学与问 在日常生活和学习中 你用过哪些电池 你知道电池的其它应用吗 电池 化学电池 太阳能电池 原子能电池 将化学能转换成电能的装置 将太阳能转换成电能的装置 将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置 化学电池分类 电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后 就不能再次利用 又称充电电池或蓄电池在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生 恢复工作能力 可多次重复使用 是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源 又称连续电池 干电池 电池中的电解质溶液制成胶体 不流动 故称干电池 铅蓄电池 锌银蓄电池 镍镉电池 锂离子电池 氢气 甲醇 天然气 煤气与氧气组成燃料电池 如 普通锌锰电池 碱性锌锰电池 锌银纽扣电池 一 化学电池 小型高性能燃料电池 化学电池优点 能量转换效率高 供能稳定可靠 可以制成各种形状和大小 不同容量和电压的电池和电池组 使用方便 易维护 可在各种环境下工作 判断电池优劣的标准 比能量 符号 A h kg A h L 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 比功率 符号是W kg W L 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 3 电池的储存时间的长短 除特殊情况外 质量轻 体积小而输出电能多 功率大 储存时间长的电池 其质量好 二 一次电池 普通锌锰干电池 活性物质为NH4Cl和淀粉糊作电解质 还填有MnO2和炭黑 电极反应式 负极 Zn 2e Zn2 正极 2NH4 2e 2MnO2 Mn2O3 2NH3 H2O总反应 Zn 2NH4 2MnO2 Zn2 Mn2O3 2NH3 H2O 优点 制作简单 价格便宜 缺点 放电时间短 电压下降快 碱性锌锰干电池 活性物质为KOH和淀粉糊作电解质 还填有MnO2和炭黑 电极反应式 负极 Zn 2e 2OH Zn OH 2正极 2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 优点 电流稳定 放电容量 时间增大几倍 不会气涨或漏液 缺点 多数只能一次使用 不能充电 价格较贵 银锌电池 总反应式 Zn Ag2O H2O 2Ag Zn OH 2电极反应式 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 电解液 KOH溶液 这种电池比能量大 电压稳定 储存时间长 适宜小电流连续放电 常制成纽扣式电池 广泛用于电子手表 照相机 计算器和其他微型电子仪器 锂电池 锂亚硫酰氯电池 Li SOCl2 8Li 3SOCl2 6LiCl Li2SO3 2S负极 正极 用途 质轻 高能 比能量高 高工作效率 高稳定电压 工作温度宽 高使用寿命 广泛应用于军事和航空领域 8Li 8e 8Li 3SOCl2 8e 6Cl SO32 2S 三 二次电池 铅蓄电池 其电池反应可以正向和逆向进行 蓄电池放电时为自发电池 充电时为电解池 充电后电池容量得到恢复 充放电次数可达千百次 放电时电极反应式 负极 Pb SO42 2e PbSO4正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O总反应 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O充电时电极反应式与放电时电极反应式相反 所以可以把上述反应写成一个可逆反应式 Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 2H2O 优点 可重复使用 电压稳定 使用方便 安全可靠 价格低廉 缺点 比能量低 笨重 废弃电池污染环境 四 燃料电池 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池 电池的电极本身不包含活性物质 只是一个催化转化元件 工作时 燃料和氧化剂连续地由外部供给 在电极上不断地进行反应 生成物不断地被排除 于是电池就连续不断地提供电能 清洁 能量转换率高的特点 燃料电池 氢氧燃料电池 一种高效低污染的新型电池 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 4H 4e 2H2O总反应 2H2 O2 2H2O 酸性电解质 碱性电解质 负极 2H2 4e 4OH 4H2O正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 中性电解质 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 电解质溶液 KOH 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 正极 2O2 4H2O 8e 8OH 甲烷燃料电池 CH4 2O2 2OH CO32 2H2O 甲醇燃料电池2CH3OH 4OH 3O2 2CO32 6H2O 电解质溶液 KOH 正极 3O2 6H2O 12e 12OH 负极 2CH3OH 16OH 12e 2CO32 12H2O 五 书写电极反应式应注意以下几点 1 确定原电池的正负极 弄清正负极上发生反应的物质 2 电极反应是一种离子反应 遵循书写离子反应的所有规则 3 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 4 负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产