化学必修二第二章第二节化学能与电能

化学必修二第二章第二节化学能与电能第1页，共30页，2023年，2月20日，星期三发展中的化学电源关于电池你了解多少？你知道电池是如何分类的吗？形状各异的电池遵循的工作原理是否相同？第2页，共30页，2023年，2月20日，星期三用途广泛的电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池第3页，共30页，2023年，2月20日，星期三用途广泛的电池用于“神六”的太阳能电池笔记本电脑专用电池手机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电池小型高性能燃料电池第4页，共30页，2023年，2月20日，星期三分类①一次电池（干电池）②二次电池（充电电池）——蓄电池③燃料电池优点:电池优劣的判断标准:①能量转换效率高，供能稳定可靠。②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。③易维护，可在各种环境下工作。①比能量指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少②比功率指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小③电池的储存时间的长短二、化学电源第5页，共30页，2023年，2月20日，星期三（一）一次电池放电之后不能充电的电池（内部的氧化还原反应是不可逆的）负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+

1、普通锌-锰干电池正极（石墨）：2NH4++2MnO2+2e—=2NH3↑+Mn2O3+H2O电池反应Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O发展中的电池锌筒石墨棒MnO2糊普通锌锰干电池的结构电解质：NH4Cl糊第6页，共30页，2023年，2月20日，星期三缺点：放电时间短，锌外壳变薄，糊状电解质NH4Cl泄露出来，使电器腐蚀，产生NH3会胀气。为了防止泄露，在外壳套上金属筒或塑料筒，制成防漏电池。为了延长电池的寿命和提高性能，将内部的NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。发展中的电池第7页，共30页，2023年，2月20日，星期三2、碱性锌-锰干电池\KOH\负极：(-)ZnZn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

(+)MnO2氢氧化氧锰第8页，共30页，2023年，2月20日，星期三钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO，3、银-锌电池（纽扣电池）负极（Zn）：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O

正极（Ag2O

）：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-总反应：

Ag2O+Zn=ZnO+2Ag发展中的电池第9页，共30页，2023年，2月20日，星期三(-)Zn│KOH│Ag2O

(+)负极(Zn)：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极(Ag2O)：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-电池总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag3、银锌电池(纽扣电池)比能量大、电压稳定、储蓄时间长，适宜小电流连续放点第10页，共30页，2023年，2月20日，星期三（二）充电电池二次电池：氧化还原反应在充电时可以逆向进行。放电：化学能转化电能，作原电池充电：电能转化化学能，作电解池发展中的电池第11页，共30页，2023年，2月20日，星期三12第12页，共30页，2023年，2月20日，星期三铅蓄电池电解质溶液：稀H2SO4负极(Pb)：正极(PbO2)：总反应：Pb

-2e-+SO42-=PbSO4PbO2+2e-+

SO42-+4H+

=PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放电充电放电时Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O铅蓄电池的充放电过程：第13页，共30页，2023年，2月20日，星期三Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-

还原反应阴极：阳极：PbSO4(s)+2H2O-2e-=PbO2(s)+4H++SO42-

氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：放电充电第14页，共30页，2023年，2月20日，星期三缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境

优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉

其它二次电池：镍镉电池、氢镍电池、锂离子电池、锌银电池、聚合物锂离子蓄电池……铅蓄电池的优缺点简析：第15页，共30页，2023年，2月20日，星期三银-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：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-第16页，共30页，2023年，2月20日，星期三镍—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Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电A.Cd

（A

）B.

NiO(OH)

D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2电极反应：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-第17页，共30页，2023年，2月20日，星期三镍镉电池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放电充电负极材料：Cd；正极材料：涂有NiO2，电解质：KOH溶液。反应式如下：写出电极反应式。

特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。镉是有毒金属，废弃的镍镉电池如不回收，会污染环境。第18页，共30页，2023年，2月20日，星期三锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：

8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：

；正极：

。用途：质轻、高能(比能量高)、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领域。Li-e-=Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S第19页，共30页，2023年，2月20日，星期三大有发展前景的燃料电池

燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气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。它与一般化学电池不同、一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。它在工作时，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，生成物不断地排除，于是电池就不断地提供能量。它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。第20页，共30页，2023年，2月20日，星期三（三）燃料电池电极材料——Pt负极：通燃料正极：通氧气总反应：燃料燃烧的反应第21页，共30页，2023年，2月20日，星期三1、氢氧燃料电池负极（Pt）：通氢气正极（Pt）：通氧气电解质溶液酸性（H+

）碱性（OH-）负极（Pt）正极（Pt）总反应H2-2e-=2H+

O2+4e-+4H+

=2H2O2H2+O2==2H2OH2-2e-+2OH-=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-第22页，共30页，2023年，2月20日，星期三甲烷燃烧电池电解质为KOH溶液负极:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2OKOH溶液CH4O2H2Oab第23页，共30页，2023年，2月20日，星期三甲醇CH3OH燃烧电池电解质为KOH溶液负极:2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O正极:O2+4e-+2H2O=4OH-总反应:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O第24页，共30页，2023年，2月20日，星期三2、固体氧化物燃料电池介质电池反应：

2H2+Ｏ２=2H2O

负极正极2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

第25页，共30页，2023年，2月20日，星期三3、质子交换膜燃料电池介质电池反应：

2H2+Ｏ２=2H2O

负极

正极2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O第26页，共30页，2023年，2月20日，星期三4、熔融盐燃料电池

电解质:Li2CO3和Na2CO3的熔融盐负极：CO正极：空气与CO2的混合气负极：CO-2e-

+CO32-=2CO2正极：总反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2第27页，共30页，2023年，2月20日，星期三

[思考]

为什么废旧电池必须回收，不能乱扔？防止重金属离子、酸碱性物质污染环境如Hg2+,Cd2+回收利用有色金属，节约资源第28页，共30页，2023年，2月20日，星期三减少污染节约资源第29页，共30页，2023年，2月20日，星期三1、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢