第四章---第二节---化学电源---上课用

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源一、常见的化学电源一、常见的化学电源1 1、一次性电池、一次性电池电极电极: :ZnZn为负极为负极,MnO,MnO2 2为正极为正极电解液电解液：氢氧化钾溶液：氢氧化钾溶液电极方程式：电极方程式：负极负极: : ZnZn2e2e- - + 2OH+ 2OH- - Zn(OH)Zn(OH)2 2正极：正极：2MnO2MnO2 2 + 2e + 2e- - + 2H+ 2H2 2O = MnOOH + 2OHO = MnOOH + 2OH- - 【例】碱性锌锰干电池【例】碱性锌锰干电池【例】银锌电池【例】银锌电池ZnZn为负极为负极

2、, Ag, Ag2 2O O为正极为正极 电解液电解液: KOH: KOH溶液溶液电极反应式电极反应式: : 负极负极: :ZnZn2OH2OH2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2 正极正极: :AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e- -2Ag2Ag2OH2OH总反应式总反应式: : ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 22 2、二次电池、二次电池可充电电池可充电电池【例】铅蓄电池【例】铅蓄电池: :电极：电极：PbPb为负极为负极，PbOPbO2 2为正极为正极. . 电解液电解液: : 30%30%的的H H2 2SOSO

3、4 4溶液溶液 电极反应式电极反应式: : 放电时：放电时： 负极负极(Pb) (Pb) ：PbPbSOSO4 42-2-2e2e- -PbSOPbSO4 4 正极正极(PbO(PbO2 2) )： PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e- -PbSOPbSO4 42H2H2 2O O总电池反应总电池反应: :PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O3 3、新型燃料电池、新型燃料电池氢氧氢氧燃料电池燃料电池电极电极:Pt制作的惰性电极制作的惰性电极反应原理反应原理:a.碱性溶液：碱性溶液：OH-参与负极反应参与负极反应

4、负极负极:正极正极: 总反应：总反应：b.酸性溶液酸性溶液: H+参与正极反应参与正极反应负极负极 : 正极正极:总反应：总反应： 2H2 + 4OH 4e- 4H2OO2 2H2O 4e- 4OH 2H2 O2 2H2O2H2 - 4e- = 4H+O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O2H2 O2 2H2O二、二次电池及燃料电池电极反应式的书写方法二、二次电池及燃料电池电极反应式的书写方法1 1、二次电池、二次电池（1 1）先判断负极材料和对应的产物）先判断负极材料和对应的产物（2 2）准确写出负极反应式）准确写出负极反应式（3 3）正极反应式）正极反应式 = = 总反应式总反应式-

5、-负极反应式负极反应式【例例1】镍镉（镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充溶液，其充放电按下时进行：放电按下时进行：Cd + 2NiOOH + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 放电放电充电充电正极反应式：正极反应式：负极反应式：负极反应式：Cd - 2e- + 2OH- = Cd(OH)2 2NiOOH + 2H2O + 2e- = 2Ni(OH)2 + 2OH-铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为： Fe

6、 + Ni2O3 + 3H2O = Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2负极反应：负极反应： Fe + 2OH- - 2e- = Fe(OH)2 正极反应：正极反应： Ni2O3 - 2e- + 3H2O = 2Ni(OH)2 + 2OH- 【练习】【练习】2 2、燃料电池、燃料电池（1 1）溶液中进行的燃料电池）溶液中进行的燃料电池酸性溶液：酸性溶液：H H+ +参与正极反应，并且负极失去电参与正极反应，并且负极失去电子的数目与生成子的数目与生成H H+ +的数目相同的数目相同【例例2】甲烷甲烷O2燃料电池，电解质溶液为稀盐酸，电极燃料电池，电解质溶液为稀盐酸，电极反应式如下：反应式如下：C

7、H4 - 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+负极反应式：负极反应式：正极反应式：正极反应式： O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O2 2、燃料电池、燃料电池（1 1）溶液中进行的燃料电池）溶液中进行的燃料电池碱性溶液：碱性溶液：负极消耗负极消耗OHOH- -【例例3】甲烷甲烷O2燃料电池，电解质溶液为燃料电池，电解质溶液为KOH溶液，电溶液，电极反应式如下：极反应式如下：CH4 - 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O负极反应式：负极反应式：正极反应式：正极反应式： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2 2、燃料电池、燃料电池（2 2）电解质为熔融的固

8、体氧化物，）电解质为熔融的固体氧化物，O O2-2-参与负极参与负极反应反应【例例4】COO2燃料电池，电解质为熔融的燃料电池，电解质为熔融的K2O，总反，总反应：应：2CO + O2 = 2CO2，电极反应式如下：，电极反应式如下：2CO - 4e- + 2O2- = 2CO2 负极反应式：负极反应式：正极反应式：正极反应式： O2 + 4e- = 2O2-2 2、燃料电池、燃料电池（3 3）电解质为熔融的固体碳酸盐，）电解质为熔融的固体碳酸盐，COCO3 32-2-参与负参与负极反应极反应【例例4】CH4O2燃料电池，电解质为熔融的燃料电池，电解质为熔融的K2CO3，总，总反应：反应：CH

9、4 + 2O2 = CO2 + 2H2O ，电极反应式如下：，电极反应式如下：CH4 - 8e- + 4CO32- = 5CO2 + 2H2O 负极反应式：负极反应式：正极反应式：正极反应式： 2O2 + 8e- + 4CO2 = 4CO32-【练习练习】1、C2H4O2燃料电池，写出其在酸性、碱性条件下的正燃料电池，写出其在酸性、碱性条件下的正负极反应式负极反应式【练习练习】2、COO2燃料电池，以熔融的固体碳酸钾为电解质，燃料电池，以熔融的固体碳酸钾为电解质，写出该电池的正负极反应式写出该电池的正负极反应式例例1 1：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能

10、、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式酸式和和碱式碱式两种，它们放电时的总反应都可两种，它们放电时的总反应都可以表示为以表示为2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，酸式电池中电解质是，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为酸，其负极反应可表示为， 则则其正极反应式为其正极反应式为_ _ _。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为为 ，则其负极反应可表示为，则其负极反应可表示为_ _。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ +O O

11、2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -例例2 2：氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然：氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中成的甲烷燃料电池中a a极的电极反应式：极的电极反应式： ，此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式 ： 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+

12、2O2+2KOH=K2CO3+3H2O铅蓄电池铅蓄电池4. 铅蓄电池铅蓄电池 铅蓄电池可放电也可以充电，一般用硬橡胶铅蓄电池可放电也可以充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳（防止酸液的泄或透明塑料制成长方形外壳（防止酸液的泄漏）；设有多层电极板，其中正极板上有一漏）；设有多层电极板，其中正极板上有一层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属铅，正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板铅，正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板隔开（以防止电极之间发生短路）；两极均隔开（以防止电极之间发生短路）；两极均浸入到硫酸溶液中。浸入到硫酸溶液中。放电时为原电池，其电极反应如下

13、：放电时为原电池，其电极反应如下：负极：负极：PbPb + SO + SO4 42-2- - 2e - 2e - - = PbSO = PbSO4 4正极：正极：PbOPbO2 2 + 4H + 4H+ + + SO + SO4 42-2- + 2e + 2e - - = PbSO = PbSO4 4 + 2H+ 2H2 2O O总反应式为：总反应式为：PbPb + PbO + PbO2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 = = 2PbSO2PbSO4 4 + 2H + 2H2 2O O当放电进行时，硫酸溶液的的浓度将不断降当放电进行时，硫酸溶液的的浓度将不断降低，当溶液的密度降到低

14、，当溶液的密度降到1.18g/ml 1.18g/ml 时应停止使时应停止使用进行充电，充电时为电解池，用进行充电，充电时为电解池，5. 碱性蓄电池碱性蓄电池 这类电池一般寿命比铅酸蓄电池长很多，且这类电池一般寿命比铅酸蓄电池长很多，且拾携带很方便。拾携带很方便。 Ni-CdNi-Cd电池：电池：CdCd + 2NiO(OH) + 2H + 2NiO(OH) + 2H2 2O O = 2Ni(OH)= 2Ni(OH)2 2 + Cd(OH) + Cd(OH)2 2 Ni-FeNi-Fe电池：电池：Fe + 2NiO(OH) + 2HFe + 2NiO(OH) + 2H2 2O = O = 2Ni

15、(OH)2Ni(OH)2 2 + Fe(OH) + Fe(OH)2 2 （ 碱性可充电电池及简易充电座）碱性可充电电池及简易充电座） 锂电池锂电池锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。用寿命大大延长。 使用锂电源的手机与手提电脑使用锂电源的手机与手提电脑6. 微型锂电池微型锂电池 常用于心脏起搏器、手机的一种微型电池，常用于心脏起搏器、手机的一种微型电池，一般用金属锂作负极，石墨作正极，电解质一般用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液为溶有四氯化铝锂（溶液为溶有

16、四氯化铝锂（LiAlClLiAlCl4 4 ）的亚硫）的亚硫酸氯（酸氯（SOClSOCl2 2 ）。电池的总反应式如下：）。电池的总反应式如下：8Li + 3SOCl8Li + 3SOCl2 2 = 6LiCl + Li = 6LiCl + Li2 2SOSO3 3 + + 2S 2S 这种电池的容量大，电压稳定，能在这种电池的容量大，电压稳定，能在- -56.756.70 0C- +71.1C- +71.10 0C C的大范围温差内正常工作的大范围温差内正常工作日本产海水电池日本产海水电池 以海水电池为能源的航海标志灯以海水电池为能源的航海标志灯7. 海水电池海水电池 19911991年，我

17、国科学家首创以铝年，我国科学家首创以铝-空气空气-海海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。中的氧气使铝不断氧化而产生电流。其电极反应式如下：其电极反应式如下：负极：负极：4Al 12e4Al 12e- - = 4Al = 4Al3+3+正极：正极：3O3O2 2 + 6H + 6H2 2O + 12eO + 12e- - = 12OH = 12OH- -总反应式为：总反应式为：4Al + 3O4Al + 3O2 2 + 6H + 6H2 2O

18、= O = 4Al(OH)4Al(OH)3 3这种电池的能量比普通干电池高这种电池的能量比普通干电池高20-5020-50倍！倍！8. 熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池 这是一种具有极高发电效率的大功率化学电这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、有多个不同的品种，如天然气、COCO、-熔融熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐处于熔化状态）才能工定的高温下（确保盐处于熔化状态）才能工作。作。下面以下面以CO-LiCO-Li2 2COCO3 3 + Na + Na2 2COCO3 3-空气与空气与COCO2 2型电池为例加以说明：型电池为例加以说明：总反应式为：总反应式为：2CO + O2CO + O2 2 = 2CO = 2CO2 2该电池的工作温度一般为该电池的工作温度一般为6506500 0C C负极反应式：负极反应式：2CO + 2CO2CO + 2CO3 32-2