胡涛化学与社会06电子转移产生的能量

1、第第6讲讲 电子转移产生的能量电子转移产生的能量化学电池化学电池 电池电池(cell) (cell) 电池组（电池组（batterybattery）电池发展简史电池发展简史电池发展简史电池发展简史电池发展简史电池发展简史电池发展简史电池发展简史电池发展简史电池发展简史负极发生氧化反应正极发生还原反应电子得失通过外部线路进行电池的本质 金属导体如 Cu、Zn 惰性导体如 Pt、石墨棒电极 (aq) Zn 2eZn(s)：)( 极2-+-氧化反应电子流出负 Cu(s) 2e(aq)Cu：)( 极2+-+还原反应电子流入正Cu(s)(aq) Zn(aq)Cu Zn(s) 电池反应：22+电池电池基本

2、原理基本原理 同一种元素不同价态的物质可组成同一种元素不同价态的物质可组成氧化还原电对氧化还原电对(redox couple)。例如例如: Zn2+ | Zn 、 Cu2+ | Cu 除金属与其离子可组成电对外，同一种元素不同除金属与其离子可组成电对外，同一种元素不同氧化数的金属离子、非金属单质与其相应的离子以及氧化数的金属离子、非金属单质与其相应的离子以及金属与其难溶盐都可构成电对。金属与其难溶盐都可构成电对。 例如：例如：Fe3+ | Fe2+ 、H+ | H2 、Cl2 | Cl Hg2Cl2 | Hg 、 AgCl |Ag电池电池基本原理基本原理 电极电势用符号电极电势用符号E(氧化型

3、氧化型/还原型还原型)表示，单位是表示，单位是V。标准状态下的电极电势用符号标准状态下的电极电势用符号E(氧化型氧化型/还原型还原型)表示。表示。 例如：锌电极的电极电势表示为：例如：锌电极的电极电势表示为：E(Zn2+ / Zn)；锌；锌电极的标准电极电势表示为：电极的标准电极电势表示为： E (Zn2+ / Zn)原电池的标准电动势原电池的标准电动势：( )( )-+-=EEEMF 电池电池基本原理基本原理 将待测电极与标准氢电极组成原电池，将待测电极与标准氢电极组成原电池，可以测出可以测出待测电极的电极电势待测电极的电极电势电池电池基本原理基本原理 在实际测定中在实际测定中常采用电极电势

4、常采用电极电势比较稳定、可靠、比较稳定、可靠、使用方便的其它使用方便的其它电极作为比较电电极作为比较电极，极，称参比电极。称参比电极。电池电池基本原理基本原理电电 对对氧化型氧化型 + + z z e e- - = = 还原型还原型E E/V/VLiLi+ +/Li/LiZnZn2+2+/Zn/ZnH H+ +/H/H2 2CuCu2+2+/Cu/CuF F2 2/F/F- -3.040-3.040-0.762-0.7620 00.3400.3402.872.87氧化能力增强氧化能力增强代数值增大代数值增大还原能力增强还原能力增强电池电池基本原理基本原理电池的分类电池的分类电池的分类电池的分类

5、一次性电池伏打电池 锌铜电池 碳锌电池碳锌电池 镁锰电池 锌空气电池 氢氧电池 水银电池（锌汞电池） 氧化银电池 锂电池（锂二氧化锰电池 锂亚硫酰氯电池）二次电池铅酸蓄电池 镍镉电池 镍铁电池 镍氢电池 锂离子电池 锂离子聚合物电池 磷酸铁锂电池 全钒氧化还原液流电池电池类型干电池（液体电池） 浓差电池 燃料电池 核燃料电池飞轮电池 超级电容电池的分类电池的分类电极反应：电极反应： (-)Zn(s) +2OH-(aq)= ZnO(s)+H2O(l)+2e- (+)MnO2(s)+ 2H2O(l) +2e-= Mn(OH)2(s)+ 2OH-(aq)电池反应电池反应: Zn(s)+ MnO2(s

6、)+ H2O(l)= ZnO(s)+ Mn(OH)2(s)电池的分类电池的分类电池的分类电池的分类2PbSO4(s) +2H2O(l) Pb(s)+ PbO2(s)+2H2 SO4(aq) 充电充电放电放电电池的分类电池的分类电池的分类电池的分类汽车用铅酸蓄电池电池的分类电池的分类2Ni(OH)2(s) +Cd(OH)2 (s) 2NiOOH+Cd+2H2O充电充电放电放电2Ni(OH)2(s) 2NiOOH+H2充电充电放电放电放电：放电：()LixCn = Cn + xLi+xe- (+)Li1-xMO2+ xLi+ +xe-=LiMO2电池的分类电池的分类电池的分类电池的分类可快速充放电

7、可快速充放电(低低至至10分钟分钟)电池的分类电池的分类一些常见的电池电池类型电池类型电压电压/v容量容量应用举例应用举例铅酸蓄电池铅酸蓄电池2.0汽车汽车镍镍镉镉1.21100mAh电子消费品电子消费品镍镍氢氢1.22900mAh电子消费品电子消费品锂离子电池锂离子电池3.78000mAh数码产品数码产品电池的分类电池的分类电池的废弃处理电池的废弃处理电池中的重金属成分电池类型电池类型污染源污染源重金属严重污染的危害重金属严重污染的危害锌锰碱性锌锰碱性Hg1955年日本水俣病事件年日本水俣病事件铅酸蓄电池铅酸蓄电池Pb-镍镍镉镉Cd日本富山县引发大规模骨痛病日本富山县引发大规模骨痛病北海道野

8、村兴产北海道野村兴产公司每年从全国收购的废电池达公司每年从全国收购的废电池达1.3万吨，收集的方式万吨，收集的方式是是93通过民间环保组织收集，通过民间环保组织收集，7通过各厂家收集。通过各厂家收集。以往，主要是回收其中的以往，主要是回收其中的Hg，但目前日本国内电池已，但目前日本国内电池已不含不含Hg了，就主要回收电池的铁壳和其中了，就主要回收电池的铁壳和其中“黑黑”原料，原料，并进行二次产品的开发制造，如其中一个产品可用于并进行二次产品的开发制造，如其中一个产品可用于电视机的显像管。电视机的显像管。 电池的废弃处理电池的废弃处理德国：德国：马格德堡近郊区建有一个马格德堡近郊区建有一个“湿处

9、理湿处理”装置，在装置，在这里除铅酸蓄电池外这里除铅酸蓄电池外，各类电池均溶解于硫酸，各类电池均溶解于硫酸，然后，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属物借助离子树脂从溶液中提取各种金属物，用这种方法，用这种方法获得的原料比热处理方法纯净，因此在市场上售价更获得的原料比热处理方法纯净，因此在市场上售价更高，而且电池中包含的各种物质有高，而且电池中包含的各种物质有95都能提取出来，都能提取出来，还可省去分拣环节。这套装置年加工能力可达还可省去分拣环节。这套装置年加工能力可达7500吨。吨。电池的废弃处理电池的废弃处理瑞士：瑞士：瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂，其中瑞士有两家专门加工利用旧电池的

10、工厂，其中一家工厂采取的方法是将一家工厂采取的方法是将旧电池磨碎旧电池磨碎，然后送往炉内，然后送往炉内加热加热，这时可，这时可提取挥发出的汞提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，温度更高时锌也蒸发，锰和铁熔合后成为炼钢所需的锰和铁熔合后成为炼钢所需的锰铁合金锰铁合金。这家工厂一。这家工厂一年可加工年可加工2000吨废电池，可获得吨废电池，可获得780吨锰铁合金、吨锰铁合金、400吨锌和吨锌和3吨汞。另一家工厂则是直接从电池中提取铁元吨汞。另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售。合物作为

11、金属废料直接出售。 电池的废弃处理电池的废弃处理美国：美国：是在废电池环境管理方面立法最多最细的一个是在废电池环境管理方面立法最多最细的一个国家，不仅建立了完善的废电池回收体系，而且建立国家，不仅建立了完善的废电池回收体系，而且建立了多家废电池处理厂，同时坚持不懈地向公众进行宣了多家废电池处理厂，同时坚持不懈地向公众进行宣传教育，让公众自觉地支持和配合废电池的回收工作。传教育，让公众自觉地支持和配合废电池的回收工作。 电池的废弃处理电池的废弃处理电池的废弃处理电池的废弃处理电池的废弃处理电池的废弃处理新兴电池新兴电池燃料电池燃料电池燃烧与燃料电池技术比较过程过程燃料燃料氧化剂氧化剂产物与现象产物与现象其他特点其他特点燃料电池燃料电池燃烧与燃料电池技术比较光伏电池光伏电池硅半导体中光诱导电子的释放光伏电池光伏电池砷(n-型)或镓(p-型)掺杂的硅半导体光伏电池光伏电池光伏电池结构示意图光伏电池光伏电池 光伏电池最早的应用光伏电池最早的应用是为美国国家航空航天是为美国国家航空航天局局NASA (National Aeronautics and Space Administration )的飞船的