选修4-电化学基础-化学电源

1、第四章 电化学基础,第二节 化学电源,人教版选修4 化学反应原理,电极材料 电子流向 反应类型,组 成 负 极 正 极 电解质,相对活泼 的金属 流出电子 氧化反应,酸、碱 或盐的 溶液,相对不活泼的金属（或能导电的非金属） 流入电子 还原反应,原电池的组成,形形色色的电池,2、化学电池,1)概念:,将化学能变成电能的装置,2)分类:,一次电池又称不可充电电池或干电池 二次电池又称充电电池或蓄电池 燃料电池,3)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。,普通锌锰电池,碱性电池,电池总反应：,负极（Zn）：

2、Zn 2e- = Zn2+,正极（MnO2和C）：,优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。,Zn + 2NH4+ + 2MnO2 = Zn2+ + 2NH3 + Mn2O3 + H2O,2NH4+ + 2e - + 2MnO2 = Mn2O3 + H2O+2NH3,一次电池-普通锌锰电池,碱性锌-锰干电池,负极-Zn,正极MnO2,电池反应：,电解质：,KOH,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

3、： 电流稳定，放电容量、时间比干电池增大几倍，不会气胀或漏液。,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：,正极：,总反应：,Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O,Ag2O +H2O +2e- =2Ag +2OH-,Ag2O + Zn =ZnO + 2Ag,铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,3、铅蓄电池,1)正负极材料,正极：PbO2,负极：Pb,2)工作机制,电解质：H2SO4溶液,铅蓄电

4、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,(二)二次电池,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：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程,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

5、(s) +4 H+(aq) + SO42-(aq),氧化反应,接电源负极,接电源正极,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：,3)优缺点简析,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,其它二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金上均匀涂上膏状的2PbSO4的，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是： 下列对铅蓄电池的说法中错误的是（ ） A.需要定期补充硫酸 B.工作时铅是负极，PbO

6、2是正极。 C.充电时阳极上发生的反应是： D.工作时电解质溶液的密度减小。,Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ SO42-,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可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。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；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的大致情况如

7、下：,(三)燃料电池,4、燃料电池,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。,燃 料 电 池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,燃料电池的规律,燃料做负极，助燃剂氧气为正极,电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。,能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。,燃料电池与前几种电池的差别：,氧化剂

8、与还原剂在工作时不断补充；,反应产物不断排出,优点： 能量转化率高，可持续使用，对环境友好,用途： 宇宙飞船，应用前景广阔,书写电极反应式应注意以下几点：,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；,4溶液中不存在O2：在酸性溶液中它与H结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH；,电池的发展方向,光电池使用方便,特别是近年来

9、微小型半导体逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷.美,日,欧和发展中国家都制定出庞大的 光伏技术发展计划,开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩大产 业.目前 已有80多个国家和16, 市场开拓从 空间转向地 面系统应用。,减 少 污 染 节 约 资 源,1、将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应为_ _；通入氧气的一极为_，电极反应为 _， 总反应为_。,负极,CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,正极,O2+4e-+2H2O=4OH-,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,试写出甲烷燃料电池和甲醇燃料电池分别在酸性和碱性条件下的正负极反应式和总反应方程式。,2、熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na