高中化学人教选修4 4.2化学电源

1、 第二节 化学电源12341.1.了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电了解化学电源的种类及其工作原理，知道化学电源在生产、生活和国防中的实际应用。源在生产、生活和国防中的实际应用。2.2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。作用。5在日常生活和学习中，你用过哪些电池，在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其他应用吗？你知道电池的其他应用吗？ 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

2、生的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换为电能的热能通过热能转换器转换为电能的装置装置6普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 镍镍镉镉电电池池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 锂离子电池锂离子电池 镍氢电池镍氢电池 7化学电池的分类化学电池的分类一次电池：一次电池：活性物质消耗到一定程度，就不能使用，其电活性物质消耗到一定程度，就不能使用，其电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池，如锌锰电池；解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池，如锌锰电池；二次电池：二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，又叫放电后可以再充电使活性物质获得再生，又叫充电电池或蓄电池，如铅蓄电池、

3、镉镍电池、氢镍电池、充电电池或蓄电池，如铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池；锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池；燃料电池：燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成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，如氢氧燃料电池。电能的化学电池，如氢氧燃料电池。8能量转化率较高；能量转化率较高；供能稳定可靠；供能稳定可靠；可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电池组；可以制成各种形状和大小、不同容量的电池及电池组；使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。电池的优点电池的优点9衡量电池优劣的指标

4、衡量电池优劣的指标比能量：比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少，电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位：单位：(Wh)/kg,(Wh)/L(Wh)/kg,(Wh)/L比功率：比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小，电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位：单位：W/kg,WW/kg,W/L/L储存时间：储存时间：电池的可储存时间的长短电池的可储存时间的长短10一、一次电池一、一次电池 1.1.碱性锌锰电池碱性锌锰电池放电之后不能充电放电之后不能充电( (内部的氧化还原反应不可逆内部的氧化还原反应不可逆) ) 碱性锌锰电池碱性锌锰电池11（1 1）普通锌锰电池

5、：）普通锌锰电池：活性物质为活性物质为NHNH4 4ClCl和淀粉糊，做电和淀粉糊，做电解质，还填有解质，还填有MnOMnO2 2和炭黑。电极反应式：和炭黑。电极反应式：负负 极：极：Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+正正 极：极：2NH2NH4 4+ +2e+2e- -+2MnO+2MnO2 2=Mn=Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O总反应：总反应：Zn + 2NHZn + 2NH4 4+ +2MnO+2MnO2 2=Zn=Zn2+2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O锌锰电池工作原理锌锰电池工作原理12（2 2

6、）碱性锌锰电池）碱性锌锰电池：活性物质为：活性物质为KOHKOH和淀粉糊，做电解和淀粉糊，做电解质，还填有质，还填有MnOMnO2 2和炭黑。电极反应式：和炭黑。电极反应式：负负 极：极：Zn-2eZn-2e- -+2OH+2OH- - =Zn(OH)=Zn(OH)2 2正正 极：极：2MnO2MnO2 2+2e+2e- -+2H+2H2 2O=2MnOOH+2OHO=2MnOOH+2OH- -总反应：总反应：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=2MnOOH+Zn(OH)O=2MnOOH+Zn(OH)2 2132.2.银锌电池银锌电池总反应式总反应式: : Zn+AgZn+

7、Ag2 2O+HO+H2 2O=2Ag+Zn(OH)O=2Ag+Zn(OH)2 2电极反应式电极反应式: : 负极负极: : Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=Zn(OH)=Zn(OH)2 2 正极正极: : AgAg2 2O+HO+H2 2O+2eO+2e- -=2Ag+2OH=2Ag+2OH- - 电解液电解液: KOH: KOH溶液溶液这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、连续放电，常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。照相机、

8、计算器和其他微型电子仪器。143.3.锂电池锂电池（- -）LiLi（S S） LiILiI（晶片）（晶片） I I2 2(+(+） 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：用途：质轻、高能质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳定电压、高工作效率、高稳定电压、宽工作温度、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。宽工作温度、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e- -=8L

9、i=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S15二、二次电池二、二次电池 化学能化学能电能电能 放电放电 充电充电 16放电过程总反应放电过程总反应Pb(s)+PbOPb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)=2PbSO(aq)=2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)O(l) Pb(sPb(s) + SO) + SO4 42-2-(aq)-2e(aq)-2e- - =PbSO =PbSO4 4(s)(s)正极：正极：PbOPbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +(aq

10、)+SO(aq)+SO4 42-2-(aq)+2e(aq)+2e- - =PbSO=PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)O(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铅蓄电池工作原理铅蓄电池工作原理17充电过程充电过程PbSOPbSO4 4 (s) +2e (s) +2e- -=Pb(s=Pb(s) + SO) + SO4 42-2-(aq)(aq) 还原反应还原反应阴极阴极阳极阳极 PbSOPbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)-2eO(l)-2e- -=PbO

11、=PbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +(aq)+SO(aq)+SO4 42-2-(aq)(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：2PbSO2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)=Pb(s)+PbOO(l)=Pb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)(aq)铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：2PbSO2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l) Pb(s)+PbOO(l) Pb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)(aq)放电放电

12、充电充电18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他二次电池其他二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池电池19三、燃料电池三、燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。换成电能的化学电池。 酸性电解质：酸性电解质：碱性电解质碱性电解质负极负极: 2H: 2H2 2-4e-4e-

13、-+4OH+4OH- -=4H=4H2 2O O正极正极: O: O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -总反应总反应: 2H: 2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O负极：负极：2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ +正极：正极：O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O总反应：总反应：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O20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

14、用。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%，有利于节约能源。有利于节约能源。燃料电池与前几种电池的差别燃料电池与前几种电池的差别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; ;21化化学学电电源源碱性锌锰电池碱性锌锰电池银锌电池银锌电池锂电池锂电池一次电池一次电池铅蓄电池铅蓄电池二次电池二次电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池燃料电池燃料电池构造构造工作原理工作原理特点特点221.1.一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂

15、氧化钇（电解质是掺杂氧化钇（Y Y2 2O O3 3）的氧化锆（）的氧化锆（ZrOZrO2 2）晶体）晶体, ,在熔融在熔融状态下能传导状态下能传导O O2 2。下列对该燃料电池说法正确的是（。下列对该燃料电池说法正确的是（ ）A.A.在熔融电解质中，在熔融电解质中，O O2-2-由负极移向正极由负极移向正极B.B.电池的总反应是：电池的总反应是：2C2C4 4H H1010+13O+13O2 2 = 8CO = 8CO2 2+10H+10H2 2O OC.C.通入空气的一极是正极，电极反应为：通入空气的一极是正极，电极反应为：O O2 2+4e+4e- - =2O=2O2-2-D.D.通入丁

16、烷的一极是正极，电极反应为：通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C C4 4H H1010+26e+26e- -+ 13O+ 13O2-2- = 4CO = 4CO2 2 + 5H + 5H2 2O OBCBC232.2.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：反应为：下列叙述不正确的是（下列叙述不正确的是（ ）A.A.放电时每转移放电时每转移3 mol3 mol电子，正极有电子，正极有1 mol K1 mol K2 2FeOFeO4 4

17、被氧化被氧化B.B.充电时阳极反应为：充电时阳极反应为： Fe(OH)Fe(OH)3 3 - 3e- 3e- - + 5OH+ 5OH- - = FeO= FeO4 42- 2- + 4H+ 4H2 2O OC.C.放电时负极反应为：放电时负极反应为：Zn-2eZn-2e- -+2OH+2OH- -= Zn(OH)= Zn(OH)2 2D.D.放电时正极附近溶液的碱性增强放电时正极附近溶液的碱性增强放电放电充电充电 3Zn+2K 3Zn+2K2 2FeOFeO4 4+8H+8H2 2O 3Zn(OH)O 3Zn(OH)2 2+2Fe(OH)+2Fe(OH)3 3+ 4KOH+ 4KOHA A243.3.某可充电的锂离子电池以某可充电的锂离子电池以LiMnLiMn2 2O O4 4为正极，嵌入锂的碳为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含材料为负极，含LiLi+ +导电固体为电解质。放电时的电池导电固体为电解质。放电时的电池反应为：反应为：Li + LiMnLi