U第2节_化学电源

1、第二节第二节 化化学电源学电源学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些在日常生活和学习中，你用过哪些电池电池？其中有哪些属于化学电池其中有哪些属于化学电池?你知道电池你知道电池的其它应用吗？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池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转时产生的热能通过热电转换器转变为电能的装置换器转变为电能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途广泛的电池用途广泛的电池用于用于“神六神六”

2、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像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电各式各样的纽扣电池池小型高性能小型高性能燃料电池燃料电池 阅读教材阅读教材P74页并回答问题：页并回答问题：1 1、化学电池与其它能源相比有哪些优点？、化学电池与其它能源相比有哪些优点？2 2、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？3 3、目前化学电池主要分哪几大类？、目前化学电池主要分哪几大类？能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种能量转换效率高，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，形状和大小、不同容量和电

3、压的电池和电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即比能量的比能量的大小大小；输出功率的大小即；输出功率的大小即比功率的大小比功率的大小以及以及电池的存储电池的存储时间的长短时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电除特殊情况外，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。能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。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

4、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 电池中的反应物质电池中的反应物质消耗到一定程度，就不能再消耗到一定程度，就不能再次利用。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电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复恢复工作能力，可多次重复使用。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料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称化成电能的化学电源，又称连续电池。连续电池。一、一

5、次电池一、一次电池锌锰电池、锌锰电池、锌银电池、锂电池锌银电池、锂电池1、正负极材料、正负极材料碱性锌锰电池碱性锌锰电池正极：正极：MnO2负极：负极：Zn2、工作原理、工作原理负极：负极：Zn + 2OH- -2e- =Zn(OH)2正极：正极：2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-氢氧化氧锰氢氧化氧锰碱性锌锰电池构造示意图碱性锌锰电池构造示意图 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应电解质：电解质：KOH总反应：总反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O =2MnOOHZn(OH)23、优缺点简析、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

6、能充电；价格较贵优点：优点： 比能量和储存时间有所提高，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、锂电池锌银电池（纽扣电池）锌银电池（纽扣电池）正极：正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH负极：负极：Zn +2OH 2e- =ZnO+H2O总反应：总反应： Zn+Ag2O=ZnO+2Ag二、二次电池二、二次电池铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池铅蓄电池铅蓄电池1、正负极材料、正负极材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb2、工作原理、工作原理电解质：电解质

7、：H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程分为放电和充电两个过程放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程2PbSO4(s)

8、+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) +4 H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：充电充电放电放电3、优缺点简析、优缺点简析缺点：缺点：比能量低、笨重、废弃电池污

9、染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池物锂离子蓄电池优点：优点：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、价格低廉大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 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、甲醇等燃等燃料与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。目前化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃燃料电池的能量转化率可达近料电池的能量转化率可达近

10、80%80%，约为火力发，约为火力发电的电的2 2倍倍。这是因为火力发电中放出的废热太。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的多。燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零废气污染都接近零；燃料电池发明于；燃料电池发明于1919世纪世纪3030年代末，经反复试验、改进，到年代末，经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代年代才开始进入实用阶段。才开始进入实用阶段。新型燃料电池新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反

11、应产物不断排从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池出电池三、燃料电池三、燃料电池氢氧燃料电池，氢氧燃料电池，烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池电池酸性氢氧燃料电池酸性氢氧燃料电池1、正负极材料、正负极材料正极室：通氧气正极室：通氧气负极室：通氢气负极室：通氢气电解质：电解质：H2SO4溶液溶液（氧化剂）（氧化剂）（燃料）（燃料）使用铂电极使用铂电极2、工作原理、工作原理2H2 - 4e- = 4H+负极：负极：正极：正极：O2 + 4H+ +4e- = 2H2O总反应：总反应：2H2 + O2 = 2H2O3、优缺点简析、优缺点简析优点：优点：能量转换率高、清洁、对环

12、境友好能量转换率高、清洁、对环境友好缺点：缺点：体积较大、附属设备较多体积较大、附属设备较多航天技术上使用的一种航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。便、不污染环境等优点。用用PtPt做电极，做电极，KOHKOH溶液溶液做电解液，因其反应与做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。各电极的电极反应。氢氧燃料电池氢氧燃料电池PtPt电极电极H2O2氢氧燃料电池模拟氢氧燃料电池模拟KOH燃燃 料料 电电 池池介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 中性中性负极负极

13、正极正极酸性酸性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-碱性氢氧染料电池碱性氢氧染料电池将铂丝插入将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，作燃料电池，

14、根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应，这一极的电极反应为为_ ；通入氧气的；通入氧气的一极为一极为_，电极反应为，电极反应为_，总，总反应为反应为_。负极负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O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 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%，有利于节，有

15、利于节约能源。约能源。 优点优点：能量转换率高、清洁、对能量转换率高、清洁、对环境好环境好 缺点：缺点：体积较大、附属设备较多体积较大、附属设备较多 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，只起传导电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。电子的作用。四、书写四、书写电极反应式应注意以下电极反应式应注意以下几点几点四、书写四、书写电极反应式应注意以下电极反应式应注意以下几

16、点几点1 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-M-xexe= =MMx 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、两个电极均参与反应的原电池 （如蓄电池，纽扣电池）（如蓄电池，纽扣电池）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，金属化合物为正极五、化学电源的电极反应特点：五、化学电源的电极反应特点：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）、

17、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）两电极材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（如负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体（如氧气）得电子氧气）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五、化学电源的电极反应特点：五、化学电源的电极反应特点： 判电极、列物质、定得失；看环境、定产物、判电极、列物质、定得失；看环境、定产物、配守恒；两式加、删电子、得总式。配守恒；两式加、删电子、得总式。归纳：归纳：电子守恒、电荷守恒、原子守恒。电子守恒、电荷守恒、原子守恒。 配平顺序为配平顺序为化学电池的组成化学电池的组成组成组成负极负极正极正极电解质电解质 电极

18、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一、化学电源一、化学电源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

19、；对其它电池有初步的认识池有初步的认识1右图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此右图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是图的提示，下列叙述不正确的是（ ）Aa电极是负极电极是负极Bb电极的电极反应为：电极的电极反应为： 4OH-4e-=2H2O+O2C. 电池工作时，电子由正极通过外电路流向电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极负极D氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源色电源【课堂练习课堂练习】BC 2日常所用的干电池的电极分别为碳棒和锌皮，日常所用的干电池的电极分别为碳棒和锌皮，以糊状以糊状NH4Cl和和ZnCl2作电解质（其中加入

20、作电解质（其中加入MnO2氧氧化吸收化吸收H2）, 电极反应可简化为：电极反应可简化为：Zn-2e-=Zn2+；2NH4+2e- =NH3+H2,根据上述叙述根据上述叙述判断下列说法判断下列说法正确的是正确的是 ( )( )A. A. 干电池中锌为正极，碳为负极干电池中锌为正极，碳为负极B. B. 干电池工作时，电子由锌极经外电路流向碳极干电池工作时，电子由锌极经外电路流向碳极C. C. 干电池长时间连续工作时，内装糊状物可能流干电池长时间连续工作时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器出腐蚀用电器D.D.干电池可实现化学能向电能的转化和电能向化干电池可实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化学能的

21、转化 BC 3 3随着人们生活质量的不断提高，废电池必随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是首要原因是 ( )( )A.A.利用电池外壳的金属材料利用电池外壳的金属材料B.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.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.D.回收其中石墨电极回收其中石墨电极B4锰锌干电池在放电时总反应方程式可锰锌干电池在放电时总反应方程式可以表示为：以表示为：Zn（s）2MnO22NH4Zn2

22、+Mn2O3（s）2NH3H2O在此电池放电时正极（碳棒）上发生反在此电池放电时正极（碳棒）上发生反应的物质是应的物质是 （ ）A.Zn B. 碳碳 C. MnO2和和NH4+ D. Zn和和NH3C 5铅蓄电池的两极分别为铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解，电解质溶液为质溶液为H2SO4，工作时的反应为，工作时的反应为PbPbO2H2SO4PbSO4H2O，下列结论正，下列结论正确的是（确的是（ ）APb为正极被氧化为正极被氧化 B溶液的溶液的pH不断减小不断减小C只向只向PbO2处移动处移动 D电解质溶液电解质溶液pH不断增大不断增大D6锌、溴蓄电池的充、放电的电池总锌、溴蓄电池的充

23、、放电的电池总反应为反应为ZnBr2 Zn22Br-。下。下列各反应列各反应Zn-2e-=Zn2 Br22e-=2Br- 2Br-2e-=Br2 Zn22e-=Zn，其中充电时的阳极和放电时负极的反其中充电时的阳极和放电时负极的反应分别是应分别是 ( )A. B. C. D.B 7 7目前人们正研究开发一种高能电池一目前人们正研究开发一种高能电池一钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以以NaNa+ + 导电的导电的AlAl2 2O O3 3陶瓷作固体电解质，陶瓷作固体电解质，反应如下：反应如下：2Na+2Na+x xS NaS Na2 2S Sx x，以下说

24、法，以下说法，正确的是正确的是 ( )( ) A A放电时，钠作正极，硫作负极放电时，钠作正极，硫作负极 B放电时，钠极发生还原反应放电时，钠极发生还原反应 C充电时，钠极与外电源正极相连，硫充电时，钠极与外电源正极相连，硫极与外电源的负极相连极与外电源的负极相连D充电时，阳极发生反应是充电时，阳极发生反应是Sx 2-2e-= SxD 8微型锂碘电池可用植入某些心脏病人体内微型锂碘电池可用植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源。这种电池中的电的心脏起搏器所用的电源。这种电池中的电解质是固体电解质解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是，其中的导电离子是I-。下列有关说法正确的是下列有关说法

25、正确的是 （ ） A.A.正极反应：正极反应：2Li-2e-2Li-2e-2Li2Li B.B.负极反应：负极反应：I I2 22e2e- -2I2I- -C.C.总反应是：总反应是：2Li2LiI I2 22LiI 2LiI D.D.金属锂作正极金属锂作正极C 9、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，总反应式为：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

26、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，锌的质量理论上电子，锌的质量理论上减小减小65gC10铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是料分别是Pb和和PbO2,电解液为稀硫酸。放电电解液为稀硫酸。放电时该电池总反应式为时该电池总反应式为:PbPbO22H2SO42PbSO42H2O根据上述情况判断：根据上述情况判断：（1）放电时，正极反应为）放电时，正极反应

27、为 （2）放电时电解质溶液的）放电时电解质溶液的PH （3）放电时，电解质溶液中阴离子移向）放电时，电解质溶液中阴离子移向 极极（4）放电时电流方向从）放电时电流方向从 极流向极流向 极极PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O增大增大 负负 负负 正正 （5）铅蓄电池充电时电极反应：）铅蓄电池充电时电极反应：阳极：阳极： 2 H2O-2e-PbO24H+SO42-（ ）阴极：阴极：PbSO42e-PbSO42-（ ）充电时总反应：充电时总反应：2 PbSO42 H2O 可把上述反应写成一个可逆反应方程式：可把上述反应写成一个可逆反应方程式：PbPbO22 H2SO4 2 Pb

28、SO42 H2OPbSO4氧化反应氧化反应 还原反应还原反应 11锂电池是用金属锂电池是用金属 作负极，作负极， 作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（溶解在亚硫酰氯（SOCl2）中组成。）中组成。负极：负极： 正极：正极：3 SOCl28e-SO32-2S+6Cl-电池的总反应式：电池的总反应式：8Li3 SOCl26LiClLi2SO32S8Li-8e-= 8Li +Li二氧化锰、二氧化锰、 氧化铜氧化铜二硫化亚铁等二硫化亚铁等12锌锰干电池是用锌制圆筒形外壳作锌锰干电池是用锌制圆筒形外壳作 极。极。位于中央的顶端盖有铜帽的石墨作位于中央的顶端盖有铜帽的石墨作 极，在极，在石墨周围填充石墨周围填充 作电解质，还填有作电解质，还填有MnO2和炭黑。其电极反应为：和炭黑。其电极反应为： 负极：负极： 正极正极： 2e-2 MnO2Mn2O32NH3H2O电池总反应式为：电池总反应式为：Zn2NH42 MnO2Mn2O32NH3Zn2H2O2NH4+Zn-2e-=Zn2+ NH4Cl负极负极正极正极该电池用久了，其外壳就会变软，主要原因是该电池用久了，其外壳就会变软，主要原因是 正极反应中，前后经历下列反应：正极反应中，前后经历下列反应：2NH2NH4 42e2e- -2NH2NH3 3H H2