化学：42《化学电源》

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知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？道电池的其它应用吗？ 电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置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能通过热能转换器转变为电能的装置知识点知识点1：化学电池：化学电池1)概念概念:将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置2)分类分类:一次电池

2、又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如：干电池如：干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池3)优点优点:4)电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:能量转换效率高，供能稳定可靠。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。和电池组，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。比能量比能量 符号符号(Ah/kg)，(Ah/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比功率比功率符号是符号是W/kg，W/

3、L)指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池知识点知识点2：各类电池：各类电池1 1、干电池、干电池( (普通锌锰电池）普通锌锰电池）干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电解质溶液，还和淀粉作电解质溶液，还填充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极

4、放出的H H2 2，防止产生极化，防止产生极化现象。现象。请写出各电极的电极反应。请写出各电极的电极反应。(一一) 一次电池一次电池练：写出练：写出锌锰干电池锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程的电极反应和总化学反应方程式。式。负极负极正极正极总反应总反应通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？它已经不能正常供电了？_我们在使用干我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？是干电池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+锌筒变软，电池表

5、面变得不平整锌筒变软，电池表面变得不平整MnO2 缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液2NH4+2e-=2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2OZn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O2.碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极：正极：电池反应：电池反应：电解夜：电解夜：KOH溶液溶液ZnZnMnOMnO2 2和和C CZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+

6、2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考该电池的正负极材料和电解质该电池的正负极材料和电解质 改进后碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、改进后碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。时间增大几倍，不会气涨或漏液。3.3.银锌电池银锌电池总反应式总反应式: : ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2 电极反应式电极反应式: 负极负极: Zn2OH2e-Zn(OH)2 正极正极: Ag2OH2O2e-2Ag2OH 电解液电解液: KOH溶液溶液 这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适这种电池比能量大、电压稳

7、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。子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。4.4.锂电池锂电池锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极：负极： ；正极：；正极： 。用途：质轻、高能用途：质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳定电压、工、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。作温

8、度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S铅蓄电池铅蓄电池1)正负极材料正负极材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb2)工作机制工作机制电解质：电解质：H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为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和充电两个过程( (二二) )二次电池二次电池放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)

9、Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l) 充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s

10、) + 4H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：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：铅蓄电池的充放电过程：放电放电充电充电3)优缺点简析优缺点简析缺点：缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子

11、蓄电池离子蓄电池银银-锌蓄电池锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的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：充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O放电放电充电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD电极反应：电极反应：负极：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨，和石墨，负极盖填充锌汞合金，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液电解质溶液KOHK

12、OH。镍镍-镉可充电电池镉可充电电池可发生如下反应：可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A. Cd （ A ）B. NiO(OH) D. Ni(OH)2C. Cd(OH)2电极反应：电极反应：负极：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-负极材料：负极材料：CdCd；正极材料：涂有正极材料：涂有NiONiO2 2，电解质：电解质：KOHKOH溶液溶液(三三)燃料电池燃料电池 燃料燃料 O O2 2 电

13、解质电解质溶液溶液 电极材料电极材料 ：多孔性镍、铂多孔性镍、铂 电电解质溶液解质溶液 ：KOHKOH等强碱、等强碱、 H H2 2SOSO4 4等强酸、等强酸、NaClNaCl等盐溶液等盐溶液1 1、燃料电池的构成、燃料电池的构成 常见燃料：常见燃料：H H2 2、NHNH3 3、COCO、CHCH4 4、CHCH3 3OHOH等等 氧化剂与还原剂在工作时不断补充；氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出；反应产物不断排出；能量转化率高能量转化率高( (超过超过80%)80%)，普通的只有，普通的只有30%30%，有利，有利于节约能源。于节约能源。燃料电池与前几种电池的差别：燃料电池

14、与前几种电池的差别：燃料电池的规律燃料电池的规律燃料做负极，助燃剂氧气为正极燃料做负极，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。电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。再写正极再写正极 反应：反应：O22H2O4e4OH 酸性酸性 先写总反应：燃料在氧气中的燃烧先写总反应：燃料在氧气中的燃烧2 2、燃料电池的电极反应的书写、燃料电池的电极反应的书写若有若有CO2生成，且电解质为强碱时，生成，且电解质为强碱时，考虑考虑CO2+2OH=CO32+H2OO24H+4e 2H2O 碱性碱性 最后写负极反应：最后写负极反应： 总反应减去正极反应总反应减去正极反应e-e-H

15、2O2氢氧燃料电池氢氧燃料电池负极负极:2H2 - 4e- = 4H+正极正极:O2 + 4H+4e- = 2H2O总反应总反应:2H2 + O2 = 2H2O电解质溶液为酸性电解质溶液为酸性:电解质溶液为碱性电解质溶液为碱性:负极负极:2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O正极正极:O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-总反应总反应:2H2 + O2 = 2H2OAPt(-)Pt(+)氢氧燃料电池工作原理氢氧燃料电池工作原理负极室负极室正极室正极室隔膜隔膜电解质电解质溶液溶液 CH4燃料电池燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两溶液

16、中，然后向两极分别通入极分别通入CH4和和O2，该电池的反应式为：，该电池的反应式为： 负极：负极：CH410OH8e=CO327H2O 正极：正极：2O24H2O8e=8OH 总反应式总反应式：CH42O22OH=CO323H2O烃类燃料电池烃类燃料电池负极：负极：2C4H1026O252e=8CO210H2O正极：正极：13O252e=26O2总反应式：总反应式：2C4H1013O2=8CO210H2O 用导线相连的两个铂电极插入用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向溶液中，然后向两极分别通入两极分别通入CH3OH(或乙醇或乙醇)和和O2，则发生了原电，则发生了原电池反应。池反应。

17、甲醇电池的反应式为：甲醇电池的反应式为：负极：负极：2CH3OH12e16OH=2CO3212H2O正极：正极：3O26H2O12e=12OH总反应式：总反应式：2CH3OH3O24OH=2CO326H2O醇类燃料电池醇类燃料电池 熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。可用可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，的混合气为正极助燃气，制得在制得在650 下工作的燃料电池，该原电池的反应式下工作的燃料电池，该原电池的反应式为：为：

18、负极：负极：2CO2CO324e=4CO2 正极：正极：O22CO24e=2CO32 总反应式：总反应式：2COO2=2CO2熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池1、用两根铂丝作电极插入、用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池和氧气，可形成原电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH42KOH2O2=K2CO33H2O，下列说法错误的是，下列说法错误的是() A通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极 B放电时，通入放电时，通入O2一极附近溶液的一极附近溶液的pH升高升高 C放电一段时间后，放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化的物质的量不发生变化 D通甲烷极的电极反应式是：通甲烷极的电极反应式是：CH410OH8e=CO327H2O解析：解析：原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是：反应式知，此燃料电池的电极反应式是：正极：正极：2O24H2O8e=8OH负极：负极：CH410OH8e=CO327H2O由此可见由此可见A、B、D正确，正确，C错误。错误。C 2、固体氧化物燃料电池是由美国西屋、固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westin