第二节-化学电源教学内容

1、第二节-化学电源化学电池的分类化化学学电电池池 一次电池一次电池 二次电池二次电池 燃料电池燃料电池 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。一次电池一次电池普通锌锰干电池普通锌锰干电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池锌银电池锌银电池锂电池锂电池二次电池二次电池铅蓄电池铅蓄电池镉镍电池镉镍电池氢镍电池氢镍电池锌银电池锌银电池锂离子电池锂离子电池聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢

2、氧燃料电池甲醇燃料电池甲醇燃料电池甲烷燃料电池甲烷燃料电池煤气燃料电池煤气燃料电池2 优点优点:3 电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:能量转换效率高，供能稳定可靠。能量转换效率高，供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池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。和电池组，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。比能量比能量 符号符号(Wh/kg)，(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能指电池单位质量或单位体积所能输出电能输出电能的多少的多少比功率比功率符号是符号是W/kg，W/L)指电池单位质量或单位体积所能指电池单位质量

3、或单位体积所能输出功率输出功率的大小的大小电池的可储存时间的长短电池的可储存时间的长短一、一次电池介绍一次电池一次电池普通锌锰干电池普通锌锰干电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池锌银电池锌银电池锂电池锂电池普通锌锰干电池(-) ZnNH4ClC (+)负极（锌筒）负极（锌筒） Zn-2e- = Zn2+正极（石墨）正极（石墨） 2MnO2+2NH4+ 2e- = Mn2O3+2NH3+H2O总反应：总反应： Zn+ 2MnO2 +2NH4+ = Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O(-) ZnNH4ClC (+)负极（锌筒）负极（锌筒） Zn-2e- = Zn2+正极（石墨）正极（石墨） 2NH4+

4、2e- = 2NH3+H2总反应：总反应： Zn+ 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2普通锌锰干电池 优点：制优点：制作简单、价作简单、价格便宜。格便宜。 缺点：放缺点：放电时间短，电时间短，电压下降快电压下降快。也可以写成：也可以写成： 随着用电器朝着小型化、多随着用电器朝着小型化、多功能化发展的要求，对电池的功能化发展的要求，对电池的发展也提出了小型化、多功能发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。化发展的要求。 体积小、性能好的体积小、性能好的碱性锌锰电池碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的由原来的酸性酸性变为离子导电性更好的变

5、为离子导电性更好的碱性碱性，负极也由，负极也由锌片改为锌粉锌片改为锌粉，反应面积成倍，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。增长，使放电电流大幅度提高。负极：负极：Zn + 2OH 2e = Zn(OH)2 正极：正极：2MnO2 + 2H2O +2e = 2MnOOH + 2OH 总反应：总反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnOOH + Zn(OH)2 碱性电池碱性电池 碱性锌锰电池：(-) ZnKOH(MnO2)C(+)氢氧化氧锰氢氧化氧锰优缺点简析缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点： 比能量和储存时间有所提高，

6、适用于大电比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电流和连续放电其它一次电池其它一次电池锌银电池、锂电池锌银电池、锂电池其电极分别为其电极分别为Zn和和Ag2O,电解质溶液为电解质溶液为KOH,电极反应分别为：电极反应分别为：负极负极 : 正极正极:（探讨（探讨)根据上述条件，下列判断正确的是（根据上述条件，下列判断正确的是（ ） A. Zn是正极，是正极，Ag2O为负极为负极 B .Zn是负极，是负极，Ag2O为正极为正极 C.总反应为：总反应为：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag D. 工作时，原电池负极区溶液的工作时，原电池负极区溶液的pH值增大值增大B

7、C-PH值减小值减小-PH值增大值增大Zn+2OH- -2e- = Zn(OH)2Ag2O+ H2O+ 2e- = 2Ag+2OH-电池总反应电池总反应：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag锌银电池锌银电池纽扣电池纽扣电池 (-) ZnKOHAg2O (+)2e2e- -有关锂电池锂电池的知识:埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的电源埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的电源,锂电池锂电池(蓄电池蓄电池) Li+MnO2=LiMnO2它的负极反应为它的负极反应为_;能否用电解质的水溶液？能否用电解质的水溶液？锂电池锂电池：锂作负极，其他导体作正极。优点：质量轻，

8、电压高，锂作负极，其他导体作正极。优点：质量轻，电压高，工作效率高，贮存寿命长。常作工作效率高，贮存寿命长。常作手机电池手机电池、笔记本电脑笔记本电脑、数码数码相机和心脏起搏器的电源相机和心脏起搏器的电源.锂锂“能源金属能源金属” 是用于制造氢弹的重是用于制造氢弹的重要原料要原料.Li - e- =Li+不能，因为：不能，因为：2Li + H2O =2LiOH+H2心脏起搏器：心脏起搏器：它由起搏电路、电池和金属外壳组成。它由起搏电路、电池和金属外壳组成。目前国内外植入式起搏器普遍使用锂目前国内外植入式起搏器普遍使用锂碘电池，使碘电池，使起搏器的连续使用寿命达到了起搏器的连续使用寿命达到了10

9、年以上。年以上。由于金属钛生物相容性好，不锈蚀，由于金属钛生物相容性好，不锈蚀，故目前起搏器外壳都采用钛材料故目前起搏器外壳都采用钛材料. （- -）LiLi（S S） LiILiI（晶片）（晶片） I I2 2(+(+） 二、二次电池介绍二次电池二次电池铅蓄电池铅蓄电池镉镍电池镉镍电池氢镍电池氢镍电池锌银电池锌银电池锂离子电池锂离子电池聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池负极：负极：Pb(s) + SO42-(aq) - 2e- = PbSO4(s)（难溶于水）（难溶于水）正极正极：PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e- = PbSO4 (s)+ 2H2O(l)P

10、b（s) + PbO2(s) + 2H2SO4 (aq) 2PbSO4(s) + 2H2O(l)放电充电铅蓄电池铅蓄电池(可充电电池可充电电池)-汽车用的电池汽车用的电池2e2e- -电解池反应电解池反应原电池反应原电池反应放电放电阳极：阳极：阴极：阴极：充电充电+-PbSO4(s) + 2H2O(l) -2e- =PbO2(s) + 4H+（aq) + SO42- (aq)+2+4PbSO4(s) + 2e- = Pb(s) + SO42-(aq)+20还原反应还原反应氧化反应氧化反应放电时两电极都增重。放电时两电极都增重。充电时原充电时原原原电池的负极接外电源的电池的负极接外电源的_极。极

11、。负负 镍镍-镉（镉（Ni-Cd)电池电池-使用寿命比铅蓄电池长，可充电使用寿命比铅蓄电池长，可充电500次以上次以上.镍镍-镉（镉（ Ni-Cd)电池发生如下反应：电池发生如下反应：Cd+NiO(OH)2+H2O Cd(OH)2+Ni(OH)2, （探讨（探讨) 对于镍对于镍-镉（镉（ Ni-Cd)电池，下列判断正确的是（电池，下列判断正确的是（ ）A NiO(OH)2是电池的负极是电池的负极 B 放电时放电时Cd是电池的负极是电池的负极 C 充电时充电时Ni(OH)2发生氧化反应发生氧化反应D 正极反应为正极反应为 Ni(OH)2 - 2e-+ 2OH-= NiO(OH)2+ H2O负极负

12、极正极正极BC0+3+2+2正极正极阳极阳极【探讨探讨 】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。该电池能长时间保持稳定的放电电压。总：总：3Zn+ 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH下列叙述下列叙述不正确不正确的是的是( )A.放电时负极反应为：放电时负极反应为：Zn 2e + 2OH = Zn(OH)2B.充电时阳极反应为：充电时阳极反应为：Fe(OH)3 3e + 5OH = FeO42 + 4H2OC.放电时每转移放电时每转移3moL电子，正极有

13、电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强放电时正极附近溶液的碱性增强C被还原被还原0+66e-燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池甲醇燃料电池甲醇燃料电池甲烷燃料电池甲烷燃料电池煤气燃料电池煤气燃料电池三、燃料电池介绍 新型燃料电池新型燃料电池 如如氢氢氧碱性燃料电池氧碱性燃料电池负极负极（Pt )：2H2 - 4e- + 4OH- =4H2O正极正极( Pt ): O2 + 4e- +2H2O = 4OH-总反应：总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 优点：能量转化率高、可持续使用、无污染。优点：能量转化率高、可持续使用、无污染。燃料电池通常燃

14、料电池通常( Pt电极电极 )负极：通可燃气体；负极：通可燃气体；正极：通助燃气体正极：通助燃气体( 失电子发生氧化反应失电子发生氧化反应 ）(得电子得电子发生发生还原反应）还原反应）特别强调：燃料电池并不燃烧特别强调：燃料电池并不燃烧；而是利用高能催化剂而是利用高能催化剂质子选择质子选择膜，膜，使氢分子分解成氢原子，氢原子失电子成使氢分子分解成氢原子，氢原子失电子成H+，氧气得电子，氧气得电子，将将化学能转变为电能的装置。化学能转变为电能的装置。工作时，负极区工作时，负极区PH减小减小工作时，正极区工作时，正极区PH增大增大电解质溶液电解质溶液PH减小减小酸性氢氧燃料电池（酸性氢氧燃料电池（

15、Pt) H2(g) H2SO4 (1mol/L) O2(g)(Pt)负极负极（Pt ) ： 2H2 4e- = 4H+ 正极：正极： （Pt ) O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O 总反应总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 电解质溶液电解质溶液PH变大变大 工作时，负极区工作时，负极区PH减小减小工作时，正极区工作时，正极区PH增大增大介质介质电池总反应：电池总反应： 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 - 4e- = 4H+ O2 +

16、 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-氢氧燃料电池氢氧燃料电池优缺点简析优缺点简析缺点：缺点：体积较大、附属设备较多体积较大、附属设备较多优点：优点：能量转换率高、可持续使用、噪音低、能量转换率高、可持续使用、噪音低、清洁、对环境友好清洁、对环境友好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。燃料电池的规律燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别：燃料电池

17、与前几种电池的差别：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。其它燃料电池：其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池CH4. O2. KOH作导电物质则电极反应为作导电物质则电极反应为:负极负极_正极正极_总反应式总反应式_CH4+10OH- -8e-=CO32-+7H2O2O2+4H2O+8e- = 8OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3 +3H2O 甲烷甲烷氧碱性燃料电池氧碱性燃料电池一种新型燃料电池一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入

18、丁烷气体；，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（）的氧化锆（ZrO2）晶体，）晶体，在熔融状态下能传导在熔融状态下能传导O2-。负极负极-通入丁烷：通入丁烷：电池总反应：电池总反应： 2C4H10 + 13O2 = 8CO2 + 10H2O正极正极-通入空气通入空气13O2 + 52e-=26O2-特别强调：特别强调：正极正极-O2 O2 + 4e- +2H2O = 4OH-（碱性介质（碱性介质） O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O （酸性介质（酸性介质） O2 + 4e- = 2O2-（熔融的金属氧化物为电解质熔融的金属氧化物

19、为电解质） O2 + 4e- +2CO2= 2CO32- （熔融的熔融的K2CO3为电解质为电解质） 2C4H10 -52e- + 26O2- = 8 CO2+ 10H2O【探讨探讨】CH3OH燃料电池、电解质为燃料电池、电解质为KOH溶液，溶液， 写出电极反应及电池总反应写出电极反应及电池总反应.负极：负极：正极：正极：电池总反应：电池总反应：3O2+6H2O +12e-= 12OH -2CH3OH+ 16OH -12e-= 2CO32- + 12H2O2CH3OH+ 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6 H2O(探讨）探讨）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入以丙烷为燃料

20、制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和和 CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为电池反应方程式为 ；放电时放电时CO32移向电池的移向电池的_极。极。 C3H8 +5O2 = 3CO2+ 4H2O正极：正极：负极：负极：O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32-C3H8 + 10CO3 2- + 20e- = 13CO2 + 4H2O负负电极反应式的书写方法电极反应式的书写方法优化设计P54 “重难点突破” Fe 2e- = Fe2+ 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2

21、对比：对比：书写下列电极反应和电池总反应：书写下列电极反应和电池总反应： Fe 2e- = Fe2+ 2H+ + 2e- = H2Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 负极：负极： 正极：正极：总：总：稀 硫 酸FeCu稀 硫 酸FeCuNaCl溶液负极：负极： 正极：正极：总：总：负极：负极： Cu 2e- = Cu 2+ 正极：正极： 4H+ +2NO3 + 2 e- = 2NO2 + 2H2O总：总：Cu + 4H+ +2NO3=2NO2 + Cu 2+ + 2H2O稀H2SO4负极：负极： Al 3e- =Al 3+ 正极：正极： 2H+ + 2e- = H2总：总：2Al + 6

22、H+ = 2Al 3+ + 3H2 特殊原电池电极反应式的书写特殊原电池电极反应式的书写 稀硫酸对比：对比：书写下列电极反应和电池总反应：书写下列电极反应和电池总反应：小结：化化学学电电源源1、一次电池、一次电池2、二次电池、二次电池3、燃料电池、燃料电池锌锰干电池锌锰干电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池掌握每一类典型掌握每一类典型电池的正负极、电池的正负极、电极反应；电极反应；了解了解每一类电池的优每一类电池的优缺点；对其它电缺点；对其它电池有初步的认识池有初步的认识4. 共存原则共存原则：原电池的两极反应若均在一定介质中进行，：原电池的两极反应若均在一定介质中进行，在酸性介质中，不可能出现在酸性介质中，不可能出现OH-，