发展中的化学电源(必修二)公开课

1、第二节第二节 化学能与电能发展中的化学电源发展中的化学电源干电池干电池二、常见的化学电池二、常见的化学电池1.干电池干电池(一次性电池一次性电池)电极电极: :ZnZn为负极为负极, ,碳棒为正极碳棒为正极电解液电解液：NHNH4 4ClCl、电极方程式：电极方程式：负极负极(Zn):(Zn):ZnZn2e2e- -ZnZn2 2正极正极(C)(C)：2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e- -= 2NH= 2NH3 3 + H+ H2 2(1)酸性锌锰干电池Zn+2NH4Cl+2MnO2ZnCl2+NHNH3 3+Mn2O3+2H2O电池总反应方程式：电池总反应方程式：(使用寿命短，易

2、泄漏使用寿命短，易泄漏)2 2MnOMnO2 2 + H + H2 2= Mn= Mn2 2O O3 3 + H+ H2 2O O副反应：副反应：Zn2+4NH3=Zn(NH3)42+2NH2NH4 4+ + +2 +2MnOMnO2 2 + +2e2e= =2NH2NH3 3+ +MnMn2 2O O3 3 + H+ H2 2O O（2 2）碱性锌锰干电池）碱性锌锰干电池: :能量和储存时间时间提高，更耐用能量和储存时间时间提高，更耐用电极电极: :电解液电解液：负极：负极： 正极：正极：总反应：总反应：Zn + 2OHZn + 2OH- - - 2e- 2e- - Zn(OH) Zn(OH

3、)2 22MnO2MnO2 2 + H+ H2 2O + 2eO + 2e- - Mn Mn2 2O O3 3+2OH+2OH- -Zn + 2MnOZn + 2MnO2 2 + H+ H2 2O O Zn(OH)Zn(OH)2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3KOHKOHZnZn为负极为负极, ,碳棒为正极碳棒为正极(3)(3)银锌电池银锌电池ZnZn为负极为负极, 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: : 正极正极: :总反应式总反应式: : ZnZn2OH2OH2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2

4、AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e- -2Ag2Ag2OH2OHZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2(4)(4)海水电池海水电池4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3 思考思考 指出该电池的正、负极材料、写出正、负极反指出该电池的正、负极材料、写出正、负极反应式和总反应式。应式和总反应式。负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：（AlAl）：）：4Al-12e- = 4Al4Al-12e- = 4Al3+3+（石墨）（石墨）3O3O2 2+6H+6H2 2O+12eO+12e = 12OH= 12OH19911991年我国首创

5、的以铝年我国首创的以铝空气空气海水组成的新型电池，海水组成的新型电池，可用于航标灯中。可用于航标灯中。 2.2.充电电池充电电池（又称二次电池，能够重复使用）（又称二次电池，能够重复使用）(1)(1)铅蓄电池铅蓄电池: :电极：电极：PbPb为负极为负极, PbO, PbO2 2为正极为正极. .电解液电解液: : 30%30%的的H H2 2SOSO4 4溶液溶液电极反应式电极反应式: : 负极：负极：正极正极: :总电池反应总电池反应: :放电时：放电时：为原电池为原电池PbPbSOSO4 42-2-2e2e- -PbSOPbSO4 4PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e

6、- -PbSOPbSO4 42H2H2 2O OPbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O (2)镍镉充电电池：镍镉充电电池：负极：负极：正极：正极：电解质：电解质：应用：应用：CdNiO(OH)KOH具有残留性记忆，可重复使用具有残留性记忆，可重复使用500次以上，次以上，体积小；但体积小；但镉有致癌作用镉有致癌作用,如不回收，会产如不回收，会产生严重污染生严重污染;广泛用于收录机、无线对讲机、广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等电子闪光灯、电动剃须刀等.镍镍镉镉电电池池镉有致癌作用，有被镉有致癌作用，有被镍氢电池镍氢

7、电池取代的趋势。取代的趋势。总反应式：总反应式：NiO(OH) + Cd + 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2放电放电充电充电(3)(3)锂离子电池锂离子电池特点：特点：用途：用途：负极：正极：总反应：（绿色电池）（绿色电池）高能电池，质量轻，贮存时间长等。高能电池，质量轻，贮存时间长等。现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、机、手表、心脏起搏器心脏起搏器等低功耗电器的等低功耗电器的主流。主流。2Li-2e = 2Li+I2+2e = 2I2Li+I2=2LiI3、燃料电池、燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全燃料电池不是把还原剂、

8、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外部贮藏在电池内，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。界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。可供选择的燃料很多，如可供选择的燃料很多，如:氢气、烃类、肼、甲醇、氨、氢气、烃类、肼、甲醇、氨、煤气等液态或气态的燃料煤气等液态或气态的燃料。（1）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介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2 - 4e- = 4H+O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 -

9、4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-氢氧燃料电池在不同电解质时的电极反应氢氧燃料电池在不同电解质时的电极反应一定要会判断：酸性有一定要会判断：酸性有H+ (肯定没肯定没OH- ）；）； 碱性有碱性有OH- (肯定没肯定没 H+ ）该电池用金属铂片插入该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。又在两极上分别通甲烷和氧气。（2）CH4燃料电池燃料电池CH4 + 10OH- - 8e-CO32- + 7H2O2O2 + 4H2O + 8e-8OH- CH

10、4 + 2O2 + 2KOHK2CO3 + 3H2O负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：1电极反应式的书写电极反应式的书写(1)负极反应式的书写负极反应式的书写活泼金属作负极时，活泼金属作负极时，电极本身被氧化电极本身被氧化：若生成的阳离子不与电解质溶液反应，若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可其产物可 直接写为金属阳离子，直接写为金属阳离子，如：如：Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。若生成的金属阳离子与电解质溶液反应若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式式为两反应合并后的反应式如：如：MgAl(KOH)原电池，原电池，负极反应式为：负极

11、反应式为：Al3e4OH=AlO22H2O；铅蓄电池负极反应式：铅蓄电池负极反应式：Pb2e SO42=PbSO4。三、电极反应式、原电池反应式的书写三、电极反应式、原电池反应式的书写(2)正极反应式的书写正极反应式的书写首先判断在正极发生反应的物质。首先判断在正极发生反应的物质。a. 当当负极材料与电解质溶液负极材料与电解质溶液能能发生自发的化学发生自发的化学反应时，反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种粒子；液中的某种粒子；b. 当负极材料与电解质溶液当负极材料与电解质溶液不能不能发生自发的化发生自发的化学反应时，学反应时，在正极上发生反

12、应的物质是溶解在电解在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的质溶液中的O2。负极本身不反应时负极本身不反应时，常见书写方法为：，常见书写方法为：氢氧氢氧(酸性酸性)燃料电池，负极反应式为：燃料电池，负极反应式为：H22e=2H氢氧氢氧(碱性碱性)燃料电池，负极反应式为：燃料电池，负极反应式为：H22e2OH=2H2O2原电池反应式的书写原电池反应式的书写将两电极反应式相加即得原电池总反应式。将两电极反应式相加即得原电池总反应式。书写时也要考虑正极书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶反应产物是否与电解质溶液反应液反应的问题，若反应也要书写叠加式。的问题，若反应也要书写叠加式。如：氢氧如：

13、氢氧(酸性酸性)燃料电池，正极反应式为：燃料电池，正极反应式为：O24e4H=2H2O氢氧氢氧(碱性碱性)燃料电池，正极反应式为：燃料电池，正极反应式为：O24e2H2O=4OH 1、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其充电和放电过程可以表示为：其充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O ，则此电，则此电 池放电时，负极上发生反应的物质是（池放电时，负极上发生反应的物质是（ ） （A）Ag （B）Zn (OH)2 （C）Ag2O （D）ZnD练习练习2.某金属能和盐酸反应生成氢气，该金属与锌组成某金属能和盐酸反应生成氢气，

14、该金属与锌组成原电池时，锌为负极，则该金属可能为原电池时，锌为负极，则该金属可能为( ) A铝铝 B铜铜 C锡锡 D硅硅3.已知空气已知空气-锌电池的电极反应为：锌电池的电极反应为： 锌片：锌片：Zn+20H-2e- =ZnO+H20 石墨：石墨：02+2H20+4e- =40H- 根据此判断，锌片是根据此判断，锌片是( ) A负极，并被氧化负极，并被氧化 B负极，并被还原负极，并被还原 C正极，并被氧化正极，并被氧化 D正极，并被还原正极，并被还原AC4. X，Y，Z都是金属，把都是金属，把X浸浸 Z的硝酸溶液中，的硝酸溶液中，X的表的表面有面有Z析出，析出，X与与Y组成原电池时，组成原电池

15、时，Y为负极。为负极。X，Y，Z三种金属的活动性顺序为三种金属的活动性顺序为( ) AXYZ BXZY CYXZ DYZX5.对于锌一铜一稀硫酸组成的原电池装置中，当导线对于锌一铜一稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是电子通过时，理论上的两极变化是( ) 锌片溶解了锌片溶解了32.5 g锌片增重锌片增重32.5 g铜片上析出铜片上析出l g H2 铜片上析出铜片上析出1 mol H2 A和和 B和和 C和和 D和和C CA A6.据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染，其电池反应因为锌电池容量更大，而且没有铅污染，其电池反应为：为：2Zn + O2 2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气，原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是则下列叙述正确的是( ) A.锌为正极，空气进入负极反应锌为正极，空气进入负极反应 B.负极反应为负极反应为Zn 2e- Zn2+ C.正极发生氧化反应正极发生氧