选修四4-化学电源

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源形形色色的电池形形色色的电池 A CuZn 稀稀H2SO4KOH溶液溶液 CH4 O2 H2Oa极极 b极极用途广泛的电池用途广泛的电池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机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池各各式式各各样样的的纽纽扣扣电电池池 1 1、在日常生活和学习中，你用过哪些、在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？电池，你知道电池的其它应用吗？ 电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电

2、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装置的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产生的热能放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为通过热能转换器转变为电能的装置电能的装置碱性锌锰电池、锌银电池、铅碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。锂离子电池等。广泛应用于通讯、交通、文化、广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品。高科技、办公及家用电子产品。高科技、军事、生产行业也有特殊应用。军事、生产行业也有特殊应用。学与问学与问学与问学与问2 2、目前、目前化学电池

3、化学电池主要分为哪几个大类？主要分为哪几个大类？ 在性能等方面它们各有什么特点？在性能等方面它们各有什么特点？ 产生电能的基本原理是什么？产生电能的基本原理是什么？ 化学电池与其他能源相比有哪些优点？化学电池与其他能源相比有哪些优点？ 判断电池的优劣标准主要是什么？判断电池的优劣标准主要是什么？（教材（教材P74P74）化学电池化学电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定义及定义及特点特点例子例子、化学电池分类、化学电池分类又称又称不可充电不可充电电池电池或或干电池干电池，电池中的反应电池中的反应物质进行一次物质进行一次氧化还原反应氧化还原反应并放电后就不并放电后就不能再次利用能

4、再次利用又称又称充电电池充电电池或或蓄电池蓄电池，在放电，在放电后经充电可使电后经充电可使电池中的活性物质池中的活性物质获得重生，恢复获得重生，恢复工作能力，可多工作能力，可多次重复使用次重复使用一种能连续地一种能连续地将燃料和氧化将燃料和氧化剂的化学能直剂的化学能直接转化成电能接转化成电能的化学电源的化学电源铅蓄电池、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氢气、甲醇、氢气、甲醇、天然气、煤天然气、煤气与氧气组气与氧气组成燃料电池。成燃料电池。普通锌锰电池、普通锌锰电池、碱性锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池锌银纽扣电池、化学电池优点、化学电池优点（）能量

5、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和电池组，（）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。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。、判断电池优劣的标准判断电池优劣的标准 （）（）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输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（）（）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输出功率的大小指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小（3 3）电池的）电

6、池的储存时间储存时间的长短的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。储存时间长的电池，其质量好。1 1、普通锌锰干电池、普通锌锰干电池锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnOMnO2 2和和C CNHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2 和和 H H2 2O O等糊状物等糊状物一、一次电池一、一次电池负负 极：极：Zn - 2eZn - 2eZnZn2+2+正正 极：极：2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e+2MnO+2MnO2 2 MnMn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3 H H2 2O

7、O总反应：总反应：Zn + 2NHZn + 2NH4 4+ + + 2MnO+ 2MnO2 2ZnZn2+2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3+ H H2 2O O 活性物质为活性物质为NHNH4 4ClCl和淀粉糊作和淀粉糊作电解质，还填有电解质，还填有MnOMnO2 2 和炭黑。和炭黑。 优点：优点：制作简单、价格便宜。制作简单、价格便宜。 缺点：缺点：放电时间短，电压下降快。放电时间短，电压下降快。2 2、碱性锌锰干电池、碱性锌锰干电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：(Zn)(Zn)(MnO(MnO2 2) )Zn + 2OHZn + 2OH- - -

8、2e- 2e- = Zn(OH)= Zn(OH)2 22MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=2MnOOH+2OH=2MnOOH+2OH- -Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=2MnOOH+Zn(OH)O=2MnOOH+Zn(OH)2 2碱性电池碱性电池 活性物质为活性物质为KOHKOH和淀粉糊作电和淀粉糊作电解质，还填有解质，还填有MnOMnO2 2 和炭黑。和炭黑。优点：优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会涨气或电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会涨气或 漏液。漏液。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，

9、不能充电；价格较贵。总反应式总反应式: : ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2负极负极: : ZnZn2OH2OH- -2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2正极正极: : AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e- -2Ag2Ag2OH2OH- -电解液电解液: : KOHKOH溶液溶液 这种电池比能量大、电压稳定，这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电子常制成纽扣式电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型手表、照相机、计算器和其他微型电

10、子仪器。电子仪器。3 3、银、银- -锌电池锌电池二次电池二次电池铅蓄电池铅蓄电池1、铅蓄电池、铅蓄电池 放电过程：放电过程：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正极：正极： PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：正负极材料正负极材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb电解质：电解质：H2SO4溶液溶液二、二次电池二、二次电池充电过程：充电过程：PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 还原反

11、应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极： 氧化反应氧化反应2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ SO42-2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程： 放电放电 充电充电2 2、镉镍电池、镉镍电池2NiOOH+Cd+2H2NiOOH+Cd+2H2 2O 2Ni(OH)O 2Ni(OH)2 2+ Cd(OH)+ Cd(OH)2 2 放放电电充电充电负极材料：负极材料：CdCd；正极材料：正极材料：涂有涂有NiONiO2

12、 2电解质：电解质：KOHKOH溶液。溶液。总反应式：总反应式：练习：练习：试写出电池放电的电极反应式：试写出电池放电的电极反应式：负极：负极：Cd-2eCd-2e- -+2OH+2OH- -=Cd(OH)=Cd(OH)2 2正极：正极：2NiO(OH)+2e2NiO(OH)+2e- -+2H+2H2 2O=2Ni(OH)O=2Ni(OH)2 2+2OH+2OH- -锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极：负极： ；正极：；正极： 。用途：质轻、

13、高能用途：质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳定电压、工、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。作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S3 3、锂电池、锂电池 燃料电池燃料电池是利用是利用氢气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃料与等燃料与氧气或空气氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直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。目前接转化成电能的一类原

14、电池。目前燃料电池的能量燃料电池的能量转化率可达近转化率可达近80%80%，约为火力发电的，约为火力发电的2 2倍倍。这是因为。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声噪声及硫及硫氧化物、氮氧化物等氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零废气污染都接近零。三、燃料电池三、燃料电池 燃料电池燃料电池一种连续将燃料和氧化剂的化学能直一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。接转换成电能的化学电池。电池的电极本身不包含电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给

15、，在电极上不断地进行和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。清洁、能量转换率高的特点。地提供电能。清洁、能量转换率高的特点。介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + O2= 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2H2H2 2 - 4e - 4e- - = 4H = 4H+ + O O2 2 + 4H + 4H+ + + 4e+ 4e- -= 2H= 2H2 2O O2H2H2 2 - 4e - 4e- - = 4H = 4H+ + O O2 2

16、 + 2H + 2H2 2O + 4eO + 4e- -= 4OH= 4OH- -2H2H2 2 +4OH +4OH- - 4e- 4e- - = 4H = 4H2 2O O O O2 2 + 2H + 2H2 2O + 4eO + 4e- -= 4OH= 4OH- -1 1、氢氧燃料电池：、氢氧燃料电池：（电解质溶液：（电解质溶液：KOHKOH）负极：负极：CHCH4 4+10 OH+10 OH- -8e8e- - = CO = CO3 32-2-+7H+7H2 2O O正极：正极：2O2O2 2 + 4H + 4H2 2O + 8eO + 8e- - = 8OH = 8OH- -2 2、甲

17、烷燃料电池、甲烷燃料电池CHCH4 4 +2O +2O2 2+2OH+2OH- - = CO = CO3 32-2- + 2H + 2H2 2O O3 3、甲醇燃料电池、甲醇燃料电池（电解质溶液：（电解质溶液：KOHKOH）正极：正极：3O3O2 2 + 6H + 6H2 2O + 12eO + 12e- - = 12OH = 12OH- -负极：负极：2CH2CH3 3OH+16OHOH+16OH- - 12e 12e- - =2CO =2CO3 32-2-+12H+12H2 2O O2CH2CH3 3OH+4OHOH+4OH- -+3O+3O2 2=2CO=2CO3 32-2-+6H+6H

18、2 2O O1 1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：负极：M-xe=MM-xe=Mx+x+正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属2 2、两个电极均参与反应的原电池（如蓄电池，银锌电池）、两个电极均参与反应的原电池（如蓄电池，银锌电池） 电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电极材料：金属为负极，金属化合物为正极 电子得失均由两电极本身发生电子得失均由两电极本身发生电极反应需考虑电解质溶液的参与电极反应需考虑电解质溶液的参与 3 3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）两电极材

19、料均为惰性电极两电极材料均为惰性电极负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得电子负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得电子电极反应考虑电解质溶液电极反应考虑电解质溶液小结：书写电极反应式的方法：小结：书写电极反应式的方法：书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：1 1确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的物质；确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的物质；2.2.电极反应是一种电极反应是一种离子反应离子反应，遵循书写离子反应的所有，遵循书写离子反应的所有规则；规则；3 3将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减

20、去一极反应即得到另一极反应；总反应减去一极反应即得到另一极反应；4.4.负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与与溶液的酸碱性有关溶液的酸碱性有关( (如如4 4价的价的C C在在酸性溶液中以酸性溶液中以COCO2 2形式形式存在，在存在，在碱性溶液中以碱性溶液中以COCO3 32-2-形式存在形式存在) )；5.5.溶液中溶液中不存在不存在O O2- 2- ：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H H结合成结合成H H2 2O O、在碱性或中性溶液中它与水结合成在碱性或中性溶液中它与水结合成OHOH- -。练习练习1、（2012四川）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检四川）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为测仪，负极上的反应为CH3CH2OH4e+H2O=CH3COOH+4H。下列有关说法正确的是（下列有关说法正确的是（ ） A. 检测时，电解质溶液中的检测时，电解质溶液中的H向负极移动向负极移动 B.若有若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气氧气 C.电池反应的化学方程式为：电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H