化学电源【知识精讲 + 备课精研】 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第一节原电池（化学电源）第四章化学反应与电能（一）化学电源发展1799年伏打电堆1835年丹尼尔电池1859年Plante电池1866年锌锰电池1899年镍镉电池1900年锂离子电池1950年碱性电池二、化学电源（二）化学电源概况1、电池的类别二、化学电源电池太阳能电池将太阳能转换成电能的装置原子能电池将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器转变为电能的装置化学电池化学能转化为电能（二）化学电源概况2、化学电源的类别及特点化学电源一次电池二次电池燃料电池又叫干电池，活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度，就不能继续使用了。又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以重复使用。一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源，如氢氧燃料电池。二、化学电源“神舟”十一号飞船使用的砷化镓太阳电池。航天器上的氢氧燃料电池用于便捷式电子设备智能手机、笔记本电脑的锂离子电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池化学电源3、生产、生活及科研中的各种化学电源4、化学电源的优点（与其他能源相比）①方便携带、易于维护②能量转化效率较高，供能稳定可靠③可制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组5、判断电池优劣的主要标准(1)判断电池优劣的两个定量标准：比能量和比功率含义单位比能量电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少(W·h)/kg或(W·h)/L比功率电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小W/kg或W/L(2)除了特殊情况，质量小、体积小、输出功率大和储存时间长的电池，

更易满足使用要求。【讨论】如果你拥有一台笔记本电脑，你希望电脑中的电池有哪些优点？电容量大，工作寿命长，充电时间短，体积小，质量轻，性价比高等（三）常见的化学电源电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。1、一次电池碱性锌-锰干电池电解质：KOH(用浸泡过电解质溶液的超强隔离纸分开正负极。)负极——ZnZn＋2OH－－2e

－＝Zn(OH)2正极——MnO22MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnO(OH)＋2OH－电池反应：Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnO(OH)＋Zn(OH)2优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。塑料密封圈＋－隔膜锌粉和KOH的混合物MnO2金属外壳铜针（导体）练习1、微型银-锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为：Ag2O＋Zn＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2，下列说法正确的是（）A.电池工作过程中，KOH溶液浓度降低B.电池工作过程中，电解液中OH－向正极迁移C.负极发生反应Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2D.正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e－＝2Ag＋H2OC以平行排列的铅、铅锑合金栅架作为电极，负极板是铅，正极板是铅锑合金，栅架的作用是固定活性物质,正极板上覆盖活性物质:二氧化铅(PbO2),负极板上覆盖活性物质:海绵状纯铅(Pb),电解质为30%的硫酸溶液。2、二次电池(充电电池或蓄电池)：放电后可以再充电使活性物质获得再生。（1）铅酸蓄电池；铅酸蓄电池的构造示意图稀硫酸正极：PbO2+4H++SO42-+2e-

=PbSO4+2H2O负极：Pb+SO42-

-2e-=PbSO4

总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O铅蓄电池的电极反应物(Pb、PbO2)和放电后的产物(PbSO4)均以固体形式附着在电极材料表面。PbPbSO4负极PbO2PbSO4正极放电充电放电充电目的：使电极反应物和产物富集在电极材料表面，充、放电时可以循环转化，实现电池重复使用。铅酸蓄电池可重复使用，电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉；但其比能量低、笨重，废弃电池污染环境。铅酸蓄电池在生产、生活中使用广泛，如铅酸蓄电池多用于启动和维持汽车用电系统的正常运转。其主要缺点就是单位质量储存的电能少。目前市场上还有镍镉电池、镍氢电池、银锌电池等充电电池。(2)【资料卡片】锂离子电池①锂离子电池的优点：锂离子电池具有质量小、体积小、储存和输出能量大

等特点，是多种便携式电子设备(如智能手机、笔记本电脑等)和交通工具

(如电动汽车、电动自行车等)的常用电池。②一种锂离子电池，其负极材料为嵌锂石墨，正极材料为LiCoO2(钴酸锂)，

电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水？)。③常见锂离子电池工作原理：它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。

在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极

脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态;放电时则相反。结构原理图放电负极反应：LixCy－xe－=xLi++Cy正极反应：Li1－xCoO2+xe－+xLi+=LiCoO2总反应：Li1－xCoO2+LixCy=LiCoO2+Cy④优点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，使用寿命大大延长。练习2.有一种锂电池，它是用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中形成的，电池总反应方程式为：8Li+3SOCl2==6LiCl+Li2SO3+2S。这种电池的容量大，电压稳定，能在-56.70C---+71.10C的大范围温差内正常工作,下列有关叙述中，正确的是（）A．金属锂做电池的正极，石墨做电池的负极B．电池工作过程中，亚硫酰氯(SOCl2)被还原为Li2SO3

C．电解质溶液中混入水，对电池反应无影响D．电池工作过程中，金属锂提供的电子与正极区析出硫的物质的量之比为4:1D练习3.市场上经常见到的标记为Li­ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2下列说法不正确的是()A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋

B．该电池不能用水溶液作为电解质C．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应D．放电过程中Li＋向负极移动D（1）燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。稀硫酸氢氧燃料电池工作原理示意图3、燃料电池（2）燃料电池的工作原理燃料电池可连续的将氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。电极本身不包含活性物质，不参与氧化还原反应。工作时，燃料和氧化剂连续的由外部供给，并在电极上不断地进行反应，生成物不断的被排出，于是就可以连续不断地提供电能。(3)氢氧燃料电池的工作原理氢氧原料电池是一种高效、低污染的新型电池，主要用于航天领域。电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。氢氧燃料电极以氢气为燃料，氧气为氧化剂。电解质溶液可以是酸性的(如稀硫酸)，也可以是碱性的和中性的。在不同酸碱性电解质溶液中的反应如表所示。酸性电解质（H2SO4）碱性电解质（KOH）负极反应正极反应总反应2H2＋O2=2H2OH2－2e－=2H＋H2－2e－＋2OH－=2H2O（4）优点①连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。②电极材料本身不参与氧化还原反应。③工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，

生成物不断地被排除。

④能量转化率高(＞80%)，排放废物少。(5)几种其他燃料电池的简介①甲烷燃料电池电解质溶液电极反应总反应H2SO4溶液KOH溶液负极：C2H5OH+3H2O－12e－=2CO2↑+12H+正极：3O2+6H2O+12e－=12OH－正极：3O2+12H++12e－=6H2O负极：C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2OC2H5OH+3O2=2CO2+3H2OC2H5OH+3O2+4OH－=2CO32－+5H2O②乙醇燃料电池电解质溶液电极反应总反应H2SO4溶液KOH溶液负极：CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+正极：2O2+4H2O+8e－=8OH－正极：2O2+8H++8e－=4H2O负极：CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2OCH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2OH－=CO32－+3H2O③熔融盐溶液燃料电池如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变。正极：O2+2CO2+4e－=2CO32－；负极：2CO+2CO32－－4e－=4CO2；总反应：2CO+O2=2CO2练习4、将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH3OH和O2，即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述不正确的是(

)A．通入O2的电极为正极B．正极的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．负极的电极反应式：

CH3OH＋O2＋6e－===CO2＋2H2OD．放电时溶液中的阴离子向负极移动C练习5、微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(

)A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6＋6O2＝6CO2＋6H2OAA、因为是质子交换膜，因此反应的环境是酸性，有氧反应区是正极区，即O2＋4H＋＋4e－=2H2O，故错误；BC练习6、(双选）一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料说法正确的是（）A、在熔融电解质中，O2-由负极移向正极B、电池的总反应是：2C4H10+13O2→8CO2

+10H2OC、通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e-=2O2-D、通入丁烷的一极是正极，电极反应为：

C4H10+26e－+13