选修4第四章第二节化学电源

1、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2学与问学与问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，你知道电池的其它应用吗？你知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的热能通过热能转换器转变为电能的装置能的装置31、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:一次电池又称不可充电电池一次电池

2、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: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。的电池和电池组，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。化学电池化学电池44、电池优劣的判断标准、电池优劣的判断标准:比能量比能量符号符号(Wh/kg)，(Wh/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/L)

3、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5叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池各类电池各类电池锂电池锂电池干电池干电池6空气电池空气电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 71 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

4、色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2，防止产生极化，防止产生极化现象。现象。一、一、 一次电池一次电池8干电池干电池 负极（锌筒）：负极（锌筒）：Zn- -2e- -Zn2+ 正极（石墨棒）：正极（石墨棒）： 2NH4+2e- -2NH3+H2 H2+2MnO2Mn2O3+H2OZn2+4NH3Zn(NH3)42+ 总反应：总反应：2Zn + 4MnO2 + 4NH4Cl =Zn(NH3)4Cl2 + 2Mn2O3 + ZnCl2 + 2H2O（- -）Zn | NH4Cl | C（+） 92、碱性锌、碱性锌-锰干电池锰干电池| KOH KOH |负极：负极：( (- -)

5、 ) Zn ZnZn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2正极：正极：2MnO2+2H2O+2e- = 2MnOOH+2OH-缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电和连续放电电池总反应：电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 ( (+ +) )MnOMnO2 2103.锌银钮扣电池锌银钮扣电池正极：正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH负极：负极：Zn +2OH-2e- =ZnO+H2O总反应：总

6、反应： Zn+Ag2O=ZnO+2AgZn | KOH | Ag2O114 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、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压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。领域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2

7、2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S12铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池1.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：Pb(2)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，其电极反应分为放电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和充电两个过程二、二次电池二、二次电池13放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbS

8、O4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =PbSO4 (s) +2H2O 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14Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H+ SO42- 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

9、过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4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15(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、聚合物锂离子蓄电池离子蓄电池162 2、银锌蓄电池、银锌蓄电池172 2、银锌蓄电池、银锌蓄电池反应式为：反应式为：Zn+AgZn+Ag2

10、 2O+HO+H2 2O 2Ag+Zn(OH)O 2Ag+Zn(OH)2 2 写出电极反应式。写出电极反应式。放电放电充电充电正极壳填充正极壳填充Ag2O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KOH。18银银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的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：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

11、：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-193 3、镉镍电池、镉镍电池 NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放电电充电充电负极材料：负极材料：CdCd； 正极材料：正极材料：涂有涂有NiONiO2 2，电解质：电解质：KOHKOH溶液。溶液。反应式如下：反应式如下：写出电极反应式。写出电极反应式。 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。 20镍镍镉可充电电池可发生如下反应：镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是由此可知，

12、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-21大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池燃料电池是利用是利用氢气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃料与等燃料与氧气或空气氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接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。目前转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化燃料电池

13、的能量转化率可达近率可达近80%80%，约为火力发电的，约为火力发电的2 2倍倍。这是因为火力发。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的电中放出的废热太多。燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、及硫氧化物、氮氧化物等氮氧化物等废气污染都接近零废气污染都接近零；燃料电池发明于；燃料电池发明于1919世世纪纪3030年代末，经反复试验、改进，到年代末，经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代才年代才开始进入实用阶段。开始进入实用阶段。三、三、燃料电池燃料电池221、燃料电池特点、燃料电池特点 燃料、氧化剂：外部供给燃料、氧化剂：外部供给 电极：不包含活性物质，只是一个催化转化元件电极：不包含

14、活性物质，只是一个催化转化元件2、燃料电池优点：、燃料电池优点： 绿色、高效、节能，可连续使用。绿色、高效、节能，可连续使用。23氢氧燃料电池氢氧燃料电池243、氢氧燃料电池、氢氧燃料电池（1）构造特点：）构造特点：（2）电池反应）电池反应 酸性电解质酸性电解质 总反应：总反应： 负极：负极： 正极：正极：25负极负极 : 2H2+4OH-4e-4H2O 正极正极 : O2+2H2O4e-4OH- 总反应方程式总反应方程式 ： 2H2O22H2O练习练习1：氢氧燃料电池（：氢氧燃料电池（碱性电解质碱性电解质）26负极负极 :正极正极 : 总反应方程式总反应方程式 ： 练习练习2：甲醇燃料电池：

15、甲醇燃料电池 酸性电解质酸性电解质 碱性电解质碱性电解质27负极负极 :正极正极 : 总反应方程式总反应方程式 ： 练习练习3：乙烷燃料电池：乙烷燃料电池 酸性电解质酸性电解质 碱性电解质碱性电解质284、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用视，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为阳极燃气，空气与为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，的混合气为阴极助燃气，制得在制得在650 下工作的燃料电池，完成有关的电池反下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：应式：负极反应式：负极反应式：2

16、CO2CO32- =4CO24e正极反应式：正极反应式： 。总电池反应式：总电池反应式： 。295、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆的氧化锆(ZrO2)晶体，晶体，在熔融状态下能传导在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法正确的。下列对该燃料电池说法正确的是是 ( )A. 在熔融电解质中，在熔融电解质中，O2-由负极移向正极由负极移向正极B. 电池的总反应是：电池的总反应是：2C4H1013O2- 8CO210H2OC.通入空气的一极是正极，电极反应为通入空气

17、的一极是正极，电极反应为:O24e-2O2-D. 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：通入丁烷的一极是正极，电极反应为： C4H1026e-13O2-4CO25H2O30燃燃 料料 电电 池池介质电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性负极正极中性负极 正极碱性负极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-31固体燃料电池固体燃料电池介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 负负极极正正极极

18、负负极极 正正极极2H2 - 4e- +2O2= 2H2O O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 32书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：1 1电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如所有规则（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原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（如产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶酸性溶液中液中以以CO2形式存在，在形式存在，在碱性溶液中碱性溶液

19、中以以CO32形式存形式存在）；在）；2 2将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反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；应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；33用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电各式各样的纽扣电池池34 迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投投入使用的高性能、无污染电池。入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池金属氢化物镍电池与镉镍电池与镉

20、镍电池有相同的工作电压有相同的工作电压(12(12伏伏) )，但由于采用了，但由于采用了稀土合金或稀土合金或TiNiTiNi合金合金储氢材料作为储氢材料作为 负极活性物质负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其，取代了致癌物质镉，使其 成为成为一种绿色环保电池。一种绿色环保电池。 锂离子蓄电池锂离子蓄电池系由系由碳作负极，嵌锂的金碳作负极，嵌锂的金属氧化物作属氧化物作 正极和有机电解质构成正极和有机电解质构成，其工作电压为，其工作电压为3636伏，因伏，因此一个此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充可充电碱锰电池电碱锰电池是在是在碱性锌锰原

21、电池碱性锌锰原电池基础上发展起基础上发展起 来的，由于应来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池太阳能电池利用利用P PN N结的结的光电效应光电效应，把太阳光能直接转换成电，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户能，满足用户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单噪声、运行简单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常

22、规能源的地域广泛采用。的地域广泛采用。绿色电池种种绿色电池种种35电池的发展方向电池的发展方向n光电池使用方便光电池使用方便, ,特别是近年来特别是近年来 微小型半导体逆变器迅微小型半导体逆变器迅速发展速发展, ,促使其应用更加快捷促使其应用更加快捷. .美美, ,日日, ,欧和发展中国家都欧和发展中国家都制定出庞大的制定出庞大的 光伏技术发展计划光伏技术发展计划, ,开发方向是大幅度提开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性高光电池转换效率和稳定性, ,降低成本降低成本, ,不断扩大产不断扩大产 业业. .目前已有目前已有8080多个多个n国家和地区形成国家和地区形成n商业化商业化, ,半

23、商业化半商业化n生产能力生产能力, , 市场开市场开n拓从拓从 空间转向地空间转向地n面系统应用。面系统应用。36课堂总结1 1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：负极：M-xe=MM-xe=Mx+x+正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属2 2、两个电极均参与反应的原电池、两个电极均参与反应的原电池 （如蓄电池，纽扣电池）（如蓄电池，纽扣电池）电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电极材料：金属为负极，金属化合物为正极37电子得失均由两电极本身发生电子得失均由两电极本身发生电极反应需考虑电解质溶液的参与电极反应需考虑电解质溶

24、液的参与 3 3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）两电极材料均为惰性电极两电极材料均为惰性电极负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得 电子电子电极反应考虑电解质溶液电极反应考虑电解质溶液38将铂丝插入将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，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，作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一

25、极为通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应，这一极的电极反应为为_；通入氧气的一极；通入氧气的一极为为_，电极反应为，电极反应为_，总，总反应为反应为_。负极负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若将氢气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应391 1、在含有、在含有H H2 2S S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了气体的空气中，银器表面易变黑（生成了AgAg2 2S S），为了除去银器表面），为了除去银器表面AgAg2 2S S，可采用如下方法：在一，可采用如下

26、方法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，银器与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程请用电极反应式和离子方程式表示上述过程巩 固 练 习Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S 402 2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因

27、而受到重视，可用因而受到重视，可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔的熔融盐混合物作电解质，融盐混合物作电解质，COCO为阳极燃气，空为阳极燃气，空气与气与COCO2 2的混合气为阴极燃气，制得在的混合气为阴极燃气，制得在6565下工作的燃料电池，完成有关的电池下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：反应式：负极反应式：负极反应式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO=4CO2 2+4e+4e正极反应式：正极反应式：总反应式：总反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2413.3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能锂电池

28、是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为电池，某种锂电池的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A A、 LiLi是正极，电极反应为是正极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= Mn

29、O2 2 D D、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+B424 4、19911991年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高2020到到5050倍。运倍。运用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电用所学的化学

30、知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极反应。极反应。负极负极 正极正极4Al-12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH-不活泼金属或碳不活泼金属或碳Cu5 5已知：已知：Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+CuCl+CuCl2 2利用这一反应，试利用这一反应，试设计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解设计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，然后填空：质溶液，然后填空：正极正极 ，电极反应，电极反应 负极负极 ，电极反应，电极反应 2Fe3+2e=2Fe2+Cu-2e=Cu2+436 6、已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为、已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为 1 1，放电，放电完毕后，溶液的密度变为完毕后，溶液的密度变为 2