第二节化学电源

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 A CuZn 稀稀H H2 2SOSO4 4KOH溶液溶液 CH4 O2 2 H2Oa极极 b极极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在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你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？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池原子能电池原子

2、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时产将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生的热能通过热能转换器转变为电能的装置为电能的装置1 1、概念、概念: :将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置2 2、分类、分类: :一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池干电池干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池化学电池化学电池银银锌锌钮扣电池钮扣电池正极：正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH负极：负极：Zn +2OH

3、-2e- =Zn(OH)2总反应：总反应： Zn+Ag2O + H2O = Zn(OH)2 +2Ag一次电池一次电池一次电池一次电池普通锌锰电池普通锌锰电池锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等普通干电池普通干电池优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池电解质：电解质：KOH负极：负极：ZnZnZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2正极：正极：MnOMnO2 22MnO2+2H2O+2e-=2MnO

4、OH+2OH-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，适用于大电流和连比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连 续放电续放电电池反应：电池反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2碱性电池碱性电池 一次电池一次电池二次电池二次电池铅蓄电池铅蓄电池放电过程总反应：放电过程总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正极：正极：PbO2 + 4H+SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极

5、：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铅蓄电池铅蓄电池负极负极正极正极充电过程充电过程PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ SO42- 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+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电缺点：缺点：比能量低、废弃电池污染环境比能

6、量低、废弃电池污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池、锂镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池、锂离子电池离子电池铅蓄电池铅蓄电池燃料电池燃料电池燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应，将化学能直接转换成氧化还原反应，将化学能直接转换成电能的化学电源。（氢气、甲烷、肼、电能的化学电源。（氢气、甲烷、肼、甲醇、氨等燃料电池甲醇、氨等燃料电池） 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 碱性电解质（碱性电解质（KOH）负极负极: 2H2-

7、4e-+4OH-=4H2O正极正极: O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应: 2H2+O2=2H2O若把氢氧化钾换成若把氢氧化钾换成硫酸硫酸,电极反应式又该如何呢？电极反应式又该如何呢？ 酸性电解质酸性电解质： 负极：负极： 2H2-4e-=4H+ 正极：正极： O2+4H+4e-=2H2O 总反应：总反应：2H2+O2=2H2O 若将上述电池的电解液换成质子交换膜电解液换成质子交换膜，所形成的电池就是质子交换膜电池，质子交换膜能允许氢离子通过，请写出质子交换膜电池的电极反应式和总反应式。 负极负极： 2H2-4e-=4H+ 正极正极： O2+4H+4e-=2H2O 总反应总反应：2H

8、2+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%，有利于节约能源。有利于节约能源。 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、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、肼、甲醇、氨、煤气燃料电烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池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

9、一般不参加化学反应，只起传导电电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。子的作用。若将上述碱性电池中的燃料换成甲烷甲烷，请写出电极反应式和总反应式。总反应式总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O正极正极：2O2+8e-+4H2O=8OH-负极负极：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O若将上述碱性电池中的燃料换成甲醇甲醇，请写出电极反应式和总反应式。 总反应总反应：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O正极正极：3O2+12e-+6H2O=12OH- 负极负极：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O怎样书写燃料电池的电极反

10、应式和总反应式？怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？书写步骤：书写步骤：1、写出燃烧反应；、写出燃烧反应；2、根据电解液改写燃料电池总反应；、根据电解液改写燃料电池总反应；3、写出正极的电极反应式、写出正极的电极反应式(一般较简单一般较简单); 正极反应一般为：正极反应一般为：酸性介质酸性介质 O2+4H+4e=2H2O 碱性介质碱性介质 O2+2H2O+4e=4OH 4、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。得负极的电极反应式。其它常见化学电源的电极反应式也可据此写出其它常见化学电源的电极反应式也可据此写出 熔融盐燃料电池熔融盐燃料

11、电池是一种高温燃料电池。其工作原理是在负极通入燃料，在正极通入氧气，使用高温熔融盐作为电解质。某燃料电池使用碳酸钾作为熔融盐电解质，在一极通入一氧化碳，在另一极通入二氧化碳和氧气的混合气，已知该电池的一个电极反应式为：COCO322e2CO2,请根据原电池的工作原理，写出另一电极反应的电极反应式和总反应方程式。 固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池是一种采用固体氧化物作为电解质的燃料电池。该电池中的固体氧化物电解质是一种特殊的固体电解质，能够允许氧离子通过。其工作原理是在负极通入燃料，在正极通入氧气，而氧气所形成的氧离子能够通过氧化物电解质。某燃料电池使用固体氧化物作为电解质，在一极通入一氧化

12、碳，在另一极通入氧气，请根据原电池的工作原理，写出电极反应式和总反应方程式。小结：化学电源化学电源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；对其它电池有初步的认识池有初步的认识冲击高考题冲击高考题: 1、（、（江苏高考）碱性电池具有容量大、江苏高考）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。锌放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解

13、液，电流总反应式为：电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 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： 2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq C 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0 2 mol电子，锌的质量理论上减电子，锌的质量理论上减少少6 5 g C C2:2:氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，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。常用的燃料往往是某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、汽油等。请写出将图些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a a极极的电极反应式：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: : 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O3、如图为氢氧燃