第二节化学电源

第四章电化学基础 第二节化学电源 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 什么叫做化学电池 目前化学电池主要分为哪几个大类 化学电池与其他能源相比有哪些优点 判断电池的优劣标准主要是什么 思考 一 化学电池 1 概念 将化学能变成电能的装置 2 分类 一次电池又称干电池 如 碱性锌锰电池 二次电池又称充电电池 如 铅蓄电池 燃料电池 如 氢氧燃料电池 3 优点 4 电池优劣的判断标准 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 比能量 单位是 W h kg W 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 单位是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 电池的可储存时间的长短 1 一次电池 碱性锌锰电池 负极 正极 电池反应 电解质 KOH Zn MnO2 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 思考 该电池的正负极材料和电解质 碱性锌锰电池的优点 电流稳定 放电容量 时间比普通的锌锰电池增大几倍 不会气涨或漏液 二 几种典型的化学电池 碱性锌锰电池的构造 锌银电池 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 性能与用途 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 性能与用途 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 广泛应用于电脑 照相机 手表 心脏起搏器 及军事和航空领域 2 二次电池 铅蓄电池 能量 化学能 电能 放电 充电 1 正负极材料 正极 PbO2 负极 Pb 2 反应原理 电解质 H2SO4溶液 铅蓄电池为典型的可充电电池 其电极反应分为放电和充电两个过程 放电过程总反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l Pb s SO42 aq 2e PbSO4 s 正极 PbO2 s 4H aq SO42 aq 2e PbSO4 s 2H2O l 氧化反应 还原反应 负极 1 放电过程 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 2 充电过程 PbSO4 s 2e Pb s SO42 aq 还原反应 阴极 阳极 PbSO4 s 2H2O l 2e PbO2 s 4H aq SO42 aq 氧化反应 电化学上常把发生还原反应的电极叫做阴极 电化学上常把发生氧化反应的电极叫做阳极 充电过程总反应 2PbSO4 s 2H2O l Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 铅蓄电池的充放电过程 放电过程为化学电池 3 优缺点简析 大有发展前景的燃料电池燃料电池是利用氢气 天然气 甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池 目前燃料电池的能量转化率超过80 远高于普通燃烧过程 有利于节约能源 另外 燃料电池的噪声及硫氧化物 氮氧化物等废气污染都接近零 被人们誉为 绿色 发电站 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 4H 4e 2H2O 总反应 2H2 O2 2H2O 电解质溶液为酸性 电解质溶液为碱性 负极 2H2 4OH 4e 4H2O 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 3 燃料电池 氢氧燃料电池 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 正极 2O2 4H2O 8e 8OH 总反应 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 燃料电池的优点 能量转化率高 设备轻便可持续使用 对环境友好 用途 宇宙飞船 应用前景广阔 归纳小结 1 电极反应是一种离子反应 遵循书写离子反应的所有规则 如 拆 平 3 负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物 与溶液的酸碱性有关 如 4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在 在碱性溶液中以CO32 形式存在 2 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 书写电池电极反应的方法和技巧 三 废旧电池污染环境的途径与危害 1 废旧电池污染环境的途径 这些电池的组成物质在使用过程中 被封存在电池壳内部 并不会对环境造成影响 但经过长期机械磨损和腐蚀 使得内部的重金属和酸碱等泄露出来 一旦随意丢弃 这些有害物质就会进入土壤或水源 从而通过各种途径进入人的食物链 2 废旧电池的危害 废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量的重金属上 如铅 汞 镉等 这些有毒物质通过各种途径进入人体内 长期积蓄难以排除 损害神经系统 造血功能和骨骼 甚至可以致癌 减少污染节约资源 废旧电池污染治理刻不容缓 风力发电地热发电生活垃圾发电核电潮汛发电 发电 思考 化学电池有污染 这个问题应如何解决 开发新能源 化学电池与新能源 1 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 巩固练习 B 2 银 锌蓄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 此电池放电时 负极上发生反应的物质是 A AgB Zn OH 2C Ag2OD Zn D 3 下图为氢氧燃料电池原理示意图 按照此图的提示 下列叙述正确的是 A a电极是负极B b电极的电极反应为 4OH 4e 2H2O 2 C 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极D 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 AD 4 据报道 最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池 电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍 可连续使用一个月才充一次电 其电池反应为 2CH3OH 3O2 4OH 2CO32 6H2O 则下列说法错误的是 放电时CH3OH参与反应的电极为正极 充电时电解质溶液的pH逐渐增大 放电时负极的电极反应为 CH3OH 6e 8OH CO32 6H2O 充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子 A 板书设计 一 化学电源二 几种典型的化学电池1 一次电池 碱性锌锰电池2 二次电池 铅蓄电池3 燃料电池 氢氧燃料电池三 废旧电池污染环境的途径与危害 课后作业 1 完成课本P78 实践活动 2 完成课本P78 习题 第1 2 3 4题 谢谢大家 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 总反应式 负极 正极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH Zn Ag2O H2O 2Ag Zn OH 2 总反应式 Zn 2OH 2e Zn OH 2 负极 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 负极 Pb s SO42 aq 2e PbSO4 s Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 总反应式 正极 PbO2 s 4H