第四章第二节化学电源教材

第二节化学电源第四章电化学基础发明电池的故事

伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家.有一天,伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文,说动物肌肉里贮存着电,可以用金属接触肌肉把电引出来.看了这篇论文,伏特非常兴奋,便决定亲自来做这个实验.他用许多只活青蛙反复实验,终于发现,实际情况并不像加伐尼所说的那样,而是两种不同的金属接触产生的电流,才使蛙腿的肌肉充电而收缩.

为了证明自己的发现是正确的,伏特决定更深入地了解电的来源。

为了纪念他的贡献,人们把电压的计量单位叫做伏特,简称伏,符号V。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。

阅读教材P74后思考：1、目前化学电池主要分哪几大类？分别有哪些代表？2、化学电池与其它能源相比有哪些优点？3、判断电池的优劣标准主要是什么？4化学电池的分类化学电池

一次电池

二次电池

燃料电池

是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池。电池中的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度后，就不能使用了又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得再生，恢复工作能力，可多次重复使用。1、目前化学电池主要分哪几大类？

分别有哪些代表？几种常见电池和新型电池：干电池：普通锌-锰电池、碱性锌-锰电池蓄电池：铅蓄电池、镍-镉可充电电池、银锌钮扣电池等锂电池：新型燃料电池：氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、熔融盐燃料电池等普通锌锰电池碱性电池

镍镉电池小型高性能燃料电池

镍氢电池

纽扣电池索尼数码相机锂电池（2）优点:（3）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［符号(W·h/kg)，(W·h/L)］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[符号是W/kg，W/L)]指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小③电池的可储存时间的长短2、化学电池与其它能源相比有哪些优点？3、判断电池的优劣标准主要是什么？8一次电池普通锌锰干电池碱性锌锰电池锌银电池锂电池……1.碱性锌-锰干电池负极—Zn：正极—MnO2：电池反应：电解质：KOHZn+2OH--2e-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2［思考］该电池的正负极材料和电解质？碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、时间比干电池增大几倍，不会气涨或漏液。(一)一次电池其电极分别为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH,电极反应分别为：负极

:

正极:（探讨)根据上述条件，下列判断正确的是（）

A.Zn是正极，Ag2O为负极

B.Zn是负极，Ag2O为正极

C.总反应为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgD.工作时，原电池负极区溶液的pH值增大BC------PH值减小------PH值增大Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-电池总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag2.锌银电池—纽扣电池

(-)Zn│KOH│Ag2O

(+)2e-微型锂电池：上述锌—锰电池等干电池的电解质都是水溶液（糊状物），不是真正的“干”电池。真正的干电池的电解质是固体电解质。固体电解质是可以传导离子的固体，也叫快离子导体。锂碘电池可作为真正的干电池的代表。它的负极是金属锂，正极是I3-的盐，固体电解质为能够传导锂离子的LiI晶体，可将放电时负极产生的锂离子传导到正极与碘的还原产物I-结合。——可用于心脏起搏器。永久性人造心脏在美问世人造心脏由4个部分组成，即金属钛制成的心脏本体、一个微型锂电池、一个计算机操纵系统以及外接电池组。人造心脏本体可取代患者心脏的左右心室，微型锂电池和操纵系统植入患者腹腔，用以提供动力。外接电池组可通过安装在腹部皮肤下的能量传输装置对微型锂电池进行充电。13二、二次电池介绍二次电池铅蓄电池镉镍电池氢镍电池锌银电池……锂离子电池聚合物锂离子电池二、二次电池------蓄电池（1）铅蓄电池

正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是海绵状的金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。写出电极反应式；分析电子转移情况及电解质溶液浓度的变化情况。负极：Pb(s)+SO42-(aq)-2e-

==PbSO4(s)（难溶于水）正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-

==PbSO4(s)+2H2O(l)Pb（s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)放电充电☆铅蓄电池(可充电电池)----汽车用的电池2e-电解池反应原电池反应放电阳极：阴极：充电+-PbSO4(s)+2H2O(l)

-2e-

=PbO2(s)+4H+（aq)+SO42-(aq)+2+4PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)+20还原反应氧化反应放电时两电极都增重。充电时原原电池的负极接外电源的_____极。负1、电极材料及原料：2、电解质溶液：3、电极反应式：正极：PbO2

负极：PbH2SO4溶液负极（Pb）:Pb-2e-+SO42

-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O正极（PbO2）:PbO2+4H++SO42

-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：4、优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉5、应用领域：2.镍-镉（Ni-Cd)电池--使用寿命比铅蓄电池长，可充电500次以上.镍-镉（Ni-Cd)电池发生如下反应：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,

（探讨)

对于镍-镉（Ni-Cd)电池，下列判断正确的是ANiOOH是电池的负极B放电时Cd是电池的负极C充电时Ni(OH)2发生氧化反应D正极反应为Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO(OH)2+H2O负极正极BC0+3+2+2×正极√√×阳极电极反应式：负极：Cd+2OH--2e=Cd(OH)2正极：2NiOOH+2H2O+2e=2Ni(OH)2+2OH-（3）银锌电池中国第1颗人造地球卫星东方红-1用银锌电池作电源。

正极壳填充

，负极盖填充

，电解质溶液KOH。反应式为：

2Ag+Zn(OH)2Zn+Ag2O+H2O写出电极反应式。充电放电

银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨组成的活性材料，另一端填充锌汞合金组成的活性材料。氧化银和石墨锌汞合金为什么废旧纽扣电池应专门回收？钮扣电池含有汞，当其废弃在自然界里，外层金属锈蚀后，汞就会慢慢从电池中溢出来，进入土壤或在下雨之后进入地下水，再通过农作物进入人体，损伤人的内脏。在微生物的作用下，无机汞可以转变成甲基汞，聚积在鱼类的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细胞，使人的神经系统受到严重破坏，重者会发疯致死。日本水俣病就是甲基汞所致。电极材料及原料电解质溶液：优点：应用领域：正极：金属氧化物负极：锂质量轻、电压高、工作效率高、贮存寿命长。有机溶剂电脑、照相机、手表、心脏起博器等。（4）锂电池在锂电池家族中,有特高容量而且自放电率特别低的,主要使用在工业自动化仪表仪器中的锂—亚硫酰氯电池;也有长寿又安全的用于心脏起搏器的锂—碘电池;还有在环境温度一二百度条件下应用于井下的锂—氧化铜电池,及在照相机中使用的锂……

4、新型燃料电池：燃料电池是继水力、火力、核能发电之后的第四类发电—化学能发电。人类社会发展到今天，主要能源仍是矿物燃料，能量利用率不超过40%。在电池中燃料直接氧化而发电的装置就是燃料电池。通常的燃料是：氢气、丙烷、甲醇等，氧化剂为空气中的氧气或纯氧。3、燃料电池

燃料电池是通过燃料与O2（氧化剂）分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。优点：燃料利用率高能量转化率高污染小总反应：一般为燃料燃烧方程式（去掉燃烧）

燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。有关燃料电池的几点说明：①原理：将燃料和氧化剂(如:O2)反应所放出的化学能转化为电能。③两极材料：惰性材料，只具导电性。通入的气体在电极表面放电，电池只是作为一个反应器。②与其它电池区别：反应物不储存在电池内部，外部提供燃料和氧化剂。④两极判断：通入燃料气的一极负极通入O2或空气的一极正极⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。⑥高效、环境友好。③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。燃料电池与前几种电池的差别：①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出(1)氢氧燃料电池电解质溶液：稀硫酸负极：2H2-4e-==4H+正极：O2+4H++4e-==2H2O总反应：2H2+O2==2H2O电极：铂做的惰性电极反应原理:氢氧燃料电池(1)电极:Pt制作的惰性电极(2)电解质溶液:KOH溶液(3)反应原理:

正极:2H2+4OH－－4e-＝4H2O

负极:O2＋2H2O＋4e-＝4OH－总反应：2H2＋O2＝2H2O

电极反应：负极：CH4+10OH-

－8e=CO32-+7H2O

正极：O2+2H2O+4e=4OH-

总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O(2)以甲烷作燃料的燃料电池电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。(3)铝——空气——海水电池负极：4Al-12e-

＝4Al3+正极：3O2+6H20+12e-

＝120H-电池总反应式为：4Al+3O2+6H20=4Al(OH)31991年，我国首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯．以取之不尽的海水为电解质燃料（例如，氢、肼、一氧化碳、甲烷、乙炔）和氧化剂分别从负极和正极的外侧源源不断地通过电极里的微孔进入电池体系，并分别在各自的电极上受到电极材料的催化而发生氧化和还原反应，同时产生电流。在燃料电池中，燃料与氧化剂连续不断的输送到电池内，同时电池反应产物持续不断地排出电池，故燃料电池又称连续电池。燃料电池中能量转换率可高达60%—70%。

熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐（在阴极充入CO2气作助燃剂）。

反应原理如下：

阴极（正极）：O2+2CO2+4e-=2CO32-

阳极（负极）：2H2+2CO32-=2CO2+2H2O+4e–

总反应：O2

＋2H2=2H2O2、熔融盐燃料电池1.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是

根据此反应式判断,下列叙述中正确的是..................()A.电池放电时,电池负极周围溶液的pH值不断增大B.电池放电时,镍元素被氧化C.电池充电时,氢元素被还原D.电池放电时,H2是负极

放电时该装置作为原电池，氢元素由0价升高为+1价，H2是负极，H原子失电子变成H+离子，负极周围溶液的pH不断减小。镍元素由+3价降低为+2价，镍元素被还原。因此A、B不正确，。充电时该装置作为电解池，氢元素由+1价降低为0价，氢元素被还原。C、D正确练习:2.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极：Pb+SO42--2e-＝PbSO4正极:PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O今若制得Cl20.050mol,这时电池内消耗n(H2SO4)至少是……()A.0.025mol B.0.050molC.0.10molD.0.20mol铅蓄电池的总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。电解NaCl饱和溶液时，电路上有2mol电子通过时消耗2mol的H2SO4，此时在阳极应产生1molCl2。若要制得0.050molCl2，需消耗H2SO4为0.10mol,即C正确。

3.熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:阳极反应式：2CO+2CO32--4e-==4CO2阴极反应式：_________________，电池总反应式：_______________。解析：作为燃料电池,总的效果就是把燃料进行燃烧.本题中CO为还原剂,空气中O2为氧化剂,电池总反应式为：2CO+O2==2CO2。用总反应式减去电池负极(即题目指的阳极)反应式,就可得到电池正极(即题目指的阴极)反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-

O2+2CO2+4e-=2CO32-

2CO+O2=2CO2解析:KOH电解液,总反应－负极反应,得正极反应：

2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq).电子由Zn负极通过外电路到正极.1molZn失2mol电子,外电路中每通过O.2mol电子,Zn的质量理论上减小6.5g.故答案为C项。4.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-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是……………()A.电池工作时,锌失去电子B.电池正极电极反应为:2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)