化学选修4 第四章 第二节化学电源

1、2022-2-82022-2-8 在日常生活和学习中在日常生活和学习中, ,你用过你用过哪些电池哪些电池, ,你知道电池的其它应用吗你知道电池的其它应用吗? ? 电电池池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将将化学能化学能转换成转换成电能电能的的装置装置将将太阳能太阳能转换成转换成电能电能的装置的装置将将放射性同位素自然衰变时放射性同位素自然衰变时产生的热能产生的热能通过热能转换器通过热能转换器转变为转变为电能电能的装置的装置用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手

2、机专用电池摄像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电池各式各样的纽扣电池小型高性能小型高性能燃料电池燃料电池 阅读课文阅读课文P74P74页并回答问题页并回答问题: : 电池中的反应物电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。电之后，就不能再次利用。 又称充电电池或蓄又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。工作能力，可多次重复使用。 是一种连续地将燃是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连

3、续成电能的化学电源，又称连续电池。电池。化化学学电电池池 一次电池一次电池 二次电池二次电池 燃料电池燃料电池氢气、甲醇、天氢气、甲醇、天然气、煤气与氧然气、煤气与氧气组成燃料电池气组成燃料电池铅蓄电池铅蓄电池锌银蓄电池锌银蓄电池镍镉电池镍镉电池锂离子电池锂离子电池普通干电池普通干电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池q1791年他在解剖时，在实年他在解剖时，在实验室将悬有去了皮的青蛙腿验室将悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上，发现的铜钩挂在铁架台上，发现蛙腿会有肌肉抽搐的现象。蛙腿会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物的组织会产伽伏尼认为动物的组织会产生电流，而金属是传递电流生电

4、流，而金属是传递电流的导体。的导体。 q他从独特的角度认为他从独特的角度认为电流是由两种不同的金电流是由两种不同的金属产生的，经过一系列属产生的，经过一系列的实验，终于在的实验，终于在1800年年成功研制了世界上第一成功研制了世界上第一个能产生稳定电流的电个能产生稳定电流的电池（见图）。池（见图）。 （意大利生物（意大利生物学家伽伏尼）学家伽伏尼）（法国物理学家（法国物理学家 化学家伏特）化学家伏特）n负极负极(Zn)：Zn2e- =Zn2+n正极正极(MnO2和和C)：2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-n电池总反应：电池总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl =2MnOO

5、H+Zn(NH3)2Cl2普通锌锰电池普通锌锰电池锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnOMnO2 2和和C C普通锌锰干电池普通锌锰干电池的结构的结构NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和和HH2 2OO等等碱性锌锰电池碱性锌锰电池构造示意图构造示意图碱性电池碱性电池 n负极负极(Zn)：Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2n正极正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-n电池总反应：电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O =2MnOOH+Zn(OH)2n优缺点简析：优缺点简析：只能一次使用，不能充电；价格只能一次使用，不能充电；价格较贵；比能量和储存

6、时间有所提较贵；比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。高，适用于大电流和连续放电。n负极负极(Zn)：Zn +2OH- -2e- =ZnO+H2On正极正极(Ag2O)：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH-n电池总反应：电池总反应：Zn + Ag2O = ZnO + 2Agn负极负极(Pb)：Pb-2e-+SO42-=PbSO4n正极正极(PbO2)：PbO2+2e-+4H+SO42- =PbSO4+2H2On电池总反应：电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 阅读阅读P76P76了解铅蓄电池的充电了解铅蓄电池的充电原理及铅蓄电池的优缺点。原

7、理及铅蓄电池的优缺点。n放电过程放电过程负极负极:氧化反应氧化反应 Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极正极:还原反应还原反应PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4 (s) +2H2O(l)放电过程总反应放电过程总反应: Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)n充电过程充电过程阴极阴极( (接电源负极接电源负极) ):还原反应还原反应 PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极阳极( (接电源正极接电源正极):氧化反应氧化反应 2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=P

8、bO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)充电过程总反应充电过程总反应: 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉可靠、价格低廉 其它二次电池：其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池池、聚合物锂离子蓄电池2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电充电放电放电n负极负极(Pt)：2H2-4e-=4

9、H+n正极正极(Pt)：O2+4H+4e-=2H2On电池总反应电池总反应：2H2+O2=2H2On负极负极(Pt)：2H2-4e-+4OH-=4H2On正极正极(Pt)：O2+2H2O+4e-=4OH-n电池总反应电池总反应：2H2+O2=2H2O 氧化剂与还原剂在工作时不断补充；氧化剂与还原剂在工作时不断补充； 反应产物不断排出；反应产物不断排出； 能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)，普通的只有，普通的只有30%，有，有利于节约能源。利于节约能源。 体积较大、附属设备较多体积较大、附属设备较多 能量转换率高、清洁、对环境好能量转换率高、清洁、对环境好 其它燃料电池：其它燃料电池：烃

10、、肼、甲醇、氨、煤气燃料电烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池池 燃料做负极，助燃剂氧气为正极燃料做负极，助燃剂氧气为正极 电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。用。组成组成负极负极正极正极电解质电解质 电极材料电极材料电极上发电极上发生反应的生反应的物质物质电子流向电子流向反应类型反应类型能导电的物质能导电的物质还原性较强的还原性较强的物质物质(多是金多是金属电极本身属电极本身)氧化性较强氧化性较强的物质的物质酸溶液酸溶液碱溶液碱溶液盐溶液盐溶液或或熔融液熔融液流出电子流出电子流入电子流入电子氧化反应氧化反应还原反应还原反应KOHKOH溶液溶液

11、HH2 2OO2 2H2Oa b例例1:1:19691969年美国年美国“阿波罗阿波罗1111号号”登月成功登月成功. .飞船上使用的氢氧燃飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池料电池是一种新型的化学电池, ,其构造如图示其构造如图示: :两个电极均由多两个电极均由多孔性碳制成孔性碳制成, ,通入的气体由孔隙通入的气体由孔隙逸出逸出, ,并在电极表面放电。并在电极表面放电。1.a1.a是是 极极, b, b是是 极极2.2.电极反应式分别为：电极反应式分别为：负负正正 负极负极: 2H: 2H2 24e-+4OH4e-+4OH- -=4H=4H2 2OO正极正极: O: O2 2+4e-

12、+2H+4e-+2H2 2O=4OHO=4OH- -若将氢气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应例例2 2：甲烷燃料电池甲烷燃料电池( (电解质溶液为氢氧化钾电解质溶液为氢氧化钾溶液溶液) )的电极反应式及总方程式如下的电极反应式及总方程式如下: : 负极负极:CH4+10OH-8e=CO32-+7H2O正极正极:2O2+8e-+4H2O=8OH-总反应总反应:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O 反应后溶液的反应后溶液的pHpH如何变化如何变化? ? 、航天技术上使用的氢氧燃料电航天技术上使用的氢氧燃料电池池 具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃具有

13、高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为都可以表示为2H2+O2=2H2O， 酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式为：，则其正极反应式为：_。 碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为：，则其负极反应可表示为：_。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2- 4e-+4OH-=4H2O 碱性电池具有容量大、放电电流大碱性电池具有容量大、放电电流

14、大 的特点，因而得到广泛应用。锌的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，总反应式为：以氢氧化钾溶液为电解液，总反应式为：Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s下列说法错误的是下列说法错误的是 （ ）A 电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为： 2MnO2sH2Ol2eMn2O3s2OHaqC 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过外电路中每通过02mol电子，锌的质量理论上减电子，锌的质量理论上减小小65gC 氢气是燃料电池最简单的燃料，

15、氢气是燃料电池最简单的燃料， 虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中甲烷燃料电池中a极的电极反应式：极的电极反应式：_此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式 ：_KOHKOH溶液溶液CHCH4 4OO2 2HH2 2OOa bCH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 随着人们生活质量的不断提高随着人们生活质量的不断提高,废废

16、 电池必须进行集中处理的问题被提到议电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程事日程,其首要原因是其首要原因是 （ ） A利用电池外壳的金属材料利用电池外壳的金属材料 B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染壤和水源的污染 C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D回收其中石墨电极回收其中石墨电极B银锌电池广泛用作各种电子仪器银锌电池广泛用作各种电子仪器 的电源的电源,它的充电和放电过程可以表示为：它的充电和放电过程可以表示为：放电时放电时,负极上发生反应的物质是负极上发生反应的物质是 （ ） (A)Ag (B)Zn(OH)2 (C)Ag2O (D)Zn放电放电充电充电 2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2OD氢镍电池是近年开发出来的可充氢镍电池是近年开发