选修4 各类化学电源

1、选修4 化学电源学习目标：学习目标：1、了解实用化学电源的发展历程和种类、了解实用化学电源的发展历程和种类2、能正确书写电池半反应，并运用电池原理分析、解决问题、能正确书写电池半反应，并运用电池原理分析、解决问题一次电池一次电池酸性锌锰干电池结构：酸性锌锰干电池结构：锌筒、碳棒作两极，锌筒、碳棒作两极，ZnCl2-NH4Cl糊状物作电解质，碳棒被糊状物作电解质，碳棒被 MnO2包围。包围。-)-2ZnZn 2eZn负负极极（：-4322NH2eNHH正正极极（碳碳棒棒）：2432Zn2NHZnNHH总总反反应应：MnO2和碳黑包裹着碳棒，碳黑能导电，MnO2用于吸收正极产物H2，H2的产生会增

2、大电池内电阻，使输出电压迅速降低。电池在存放过程中，负极锌与电解质NH4Cl直接接触，会发生化学腐蚀。导致锌筒蚀破，电池作废，电解质泄漏，损坏电器。e碱性锌锰干电池结构：负极锌、正极负极锌、正极MnO2，KOH为电解质为电解质电池总反应: Zn+2MnO2+2H2O = 2MnOOH+Zn(OH)2 Zn+2OH-2e- Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-从总反应来看，电解质从总反应来看，电解质KOH在放电过程在放电过程中没有消耗，却在消耗中没有消耗，却在消耗H2O。一次电池一次电池一次电池一次电池银锌电池结构：负极锌、正极负极锌、正极Ag2O，KOH为电解质为

3、电解质总反应总反应:Zn + Ag2O = ZnO + 2AgZn+2OH-2e- =ZnO+H2OAg2O+H2O+2e- =Ag + 2OH-二次电池二次电池 铅蓄电池结构：负极Pb、正极PbO2, H2SO4作电解质放电反应放电反应: Pb(s)+PbO: Pb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq) 2PbSO(aq) 2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)O(l)Pb(s)+SOPb(s)+SO4 42-2-(aq)-2e(aq)-2e- - = = PbSOPbSO4 4(s) (s) PbOPbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +

4、(aq)+SO(aq)+SO4 42-2-(aq)+2e(aq)+2e- - = = PbSOPbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l) O(l) 二次电池二次电池镍镉电池：电解质KOH可充放电达500次以上，输出电压稳定，放电量大。缺点：具放电记忆性，镉对环境污染严重。总反应：总反应：2NiOOH+ Cd+ 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 负极：负极： Cd - 2e-+ 2OH- = Cd(OH)2 正极：正极：2NiO(OH) + 2e-+ 2H2O= 2Ni(OH)2 + 2OH-二次电池二次电池镍氢电池：电解质KOH比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境

5、无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差正极：正极：NiOOH + H2O + e- = Ni(OH)2 + OH-以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。最常用储氢合金为LaNi5。总反应：总反应：MH + NiOOH M + Ni(OH)2负极：负极：MH + e- + OH- = M + H2O 二次电池二次电池锂离子电池是一种新型的二次电池，它不含有金属态的锂，它主要依靠LI+在正负两极之间移动来工作。放电时，LI+从负极材料(石墨)脱嵌，经过电解质膜，嵌入正极材料（CoO2).充电过程刚好相反。锂离子电池不同于锂金属电池，后者因危险性较少实用。总反

6、应：总反应：CoO2 + LiC6 = LiCoO2 + 6C负负 极：极：LiC6 e- = 6C + Li+正正 极：极：CoO2 + Li+ + + e- = LiCoO2负极每脱嵌一个负极每脱嵌一个LILI+ +同时失去一个电子同时失去一个电子正极每入嵌一个正极每入嵌一个LiLi+ +同时得到一个电子同时得到一个电子燃料电池燃料电池燃料电池：与一次、二次电池不同，燃料电池并不需要将反应活性物质贮藏在电池内部，它工作时，燃料和氧化剂由外部供给。燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，电极材料本身不参与电池反应,但电解质会参与电池反应。酸性酸性氢氧燃料电池氢氧燃料电池总反应：总反应：2 2H

7、2+O2=2H2O负极负极：2H24e=4H+正极正极： O2+ +4e+ +4H+=2H2O （H H+ +定向移动到正极，在负极生成，在正极消耗）定向移动到正极，在负极生成，在正极消耗）燃料电池燃料电池碱性碱性氢氧燃料电池氢氧燃料电池总反应：总反应：2 2H2+O2=2H2O负极负极：2H24e+ +4OH=4H2O正极正极： O2 + + 4e+ + 2H2O=4OH （OHOH- -定向移动到负极，正极生成，定向移动到负极，正极生成， 负极消耗）负极消耗）燃料电池燃料电池酸性酸性甲醇燃料电池甲醇燃料电池3222 2CH OH3O2CO4H O+322 2CH OH12e +2H O =

8、2CO +12H负负极极：+22 3O +12e +12H6H O正正极极：燃料电池的特点：燃料电池的特点：电解质（离子）一定在一极上生成，定向移动电解质（离子）一定在一极上生成，定向移动后在另一极上消耗。后在另一极上消耗。燃料电池燃料电池碱性碱性甲醇燃料电池甲醇燃料电池23232 2CH OH3O +4OH2CO6H O2332 2CH OH12e + 16OH =2CO+12H O负负极极：22 3O +12e +2H O12OH正正极极：同样，电解质同样，电解质OH-向负极移动。在正极生成，负极消耗。向负极移动。在正极生成，负极消耗。熔融碳酸盐熔融碳酸盐 氢氧燃料电池氢氧燃料电池例：美国

9、加州例：美国加州Miramar海军航空站安装了一台海军航空站安装了一台250KW的的MCFC型空气型空气燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为700-800，所用燃料为氢气，电解质为熔融的所用燃料为氢气，电解质为熔融的K K2 2COCO3 3。请写出电池和电极反应式。请写出电池和电极反应式。222H +O =2H O总总反反应应：2 2223222H4e +2CO2CO +2H O负负极极： 2223O + 4e + 2CO2CO正正极极： 思考：为了让电池能够持续稳定工作，通入正极气体时应注意什么？思考：为了让电池能够持续稳定工

10、作，通入正极气体时应注意什么？通入的正极气体应该是通入的正极气体应该是O O2 2和和COCO2 2的混合物的混合物熔融熔融氧化物氧化物 燃料电池燃料电池例：丁烷燃料电池中一个电极通入空气,另一电极通入丁烷,电池的电解质是掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体,它在高温下能传导O2-,试写出正、负极的电极反应式。负极负极: 2C4H10+26O2-52e- = 8CO2+10H2O正极正极: 13O2+52e- = 26O2-410222 2C H13O8CO10H O52e总总反反应应：燃料电池共有特点：燃料电池共有特点：电解质定向移动传递电流，在一极生成，另一极等量消耗电解

11、质定向移动传递电流，在一极生成，另一极等量消耗熔融碳酸盐熔融碳酸盐 燃料电池燃料电池例：某燃料电池以熔融的例：某燃料电池以熔融的K2CO3（其中不含（其中不含O2-和和HCO3-）为电解质，以）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。试写出电池及电极反应。材料为电极。试写出电池及电极反应。2410322 2C H52e + 26CO = 34CO + 10H O负负极极：2223 13O + 52e + 26CO26CO正正极极：在燃料电池中，在燃料电池中，电解质离子一定参与了电极反应，

12、一极生成，一极等量消耗。电解质离子一定参与了电极反应，一极生成，一极等量消耗。实战技巧实战技巧1.磷酸铁锂电池的构造如图所示。磷酸铁锂电池的构造如图所示。其正极的电极反应式为其正极的电极反应式为FePO4+Li+ + e-=LiFePO4,下列有关判断不下列有关判断不合理的是：合理的是：A.负极区的电解质溶液不可能是水溶液负极区的电解质溶液不可能是水溶液B.聚合物薄膜可允许聚合物薄膜可允许Li+通过通过C.负极反应式为负极反应式为LiCxe-=Li+CxD.充电时，充电时，Li+由负极区移向正极区由负极区移向正极区实战实战2.现今市面上的智能手机都面临着电池续航不足的问题。最常见的现今市面上的

13、智能手机都面临着电池续航不足的问题。最常见的智能手机电池工作原理是智能手机电池工作原理是 下列说法错误的是：下列说法错误的是：A.放电时，每转移放电时，每转移xmol电子，通过电解质膜的电子，通过电解质膜的Li+为为(1x)mol x)mol B.负极材料是填充了金属锂的石墨（负极材料是填充了金属锂的石墨（LiC6)C.充电时阳极的电极反应为充电时阳极的电极反应为D.负极的电极反应式为负极的电极反应式为21 x2x66CLiCoOLiCoOLi C充充电电放放电电21 x2LiCoOxexLiLiCoOx6Li CxexLi6C3.饱和甘汞电极（Hg-Hg2Cl2)因其电动势稳定，常用作基准电极。饱和甘汞电极的内部构造如图所示，当甘汞电极与锌共同插入 ZnC