选修4第四章第二节化学电源

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源知识点1：化学电池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)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如：干电池如：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3)优点优点:4)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。的电池和电池组，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

2、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电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池知识点2：各类电池空气电池空气电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 各各类类电电池池1 1、干电池、干电池( (普通锌锰电池）普通锌锰电池）干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有负极，位于中央的顶盖有铜帽的

3、石墨作正极，在石铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还和淀粉作电解质溶液，还填充填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极，防止产生极化现象。电极总的反应式为：化现象。电极总的反应式为：Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3 +H2O一、 一次电池 缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极：正极：电池反应：电池反应：电解质：电解质：KOHZnMnO2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)

4、22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考该电池的正负极材料和电解质该电池的正负极材料和电解质 改进后碱性锌锰电池的优点：改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，电流稳定， 放电容量、时间增大几倍，放电容量、时间增大几倍，1. 不会气涨或漏液。不会气涨或漏液。2 2、迷你型电池、迷你型电池 优点：电压高、稳定，低污染。优点：电压高、稳定，低污染。 用途：手表、相机、心率调节器用途：手表、相机、心率调节器 HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S） Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）3 3、锂电

5、池、锂电池锂电池：锂电池：（-）Li（S）| LiI(晶片晶片) | I2(+） 锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：负极：_；正极：；正极：_。用途：质轻、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- 8e- = 8Li+3SOCl2+ 8e- = 6Cl- + SO32-+2S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1

6、.1.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)工作机制工作机制电解质：电解质：H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其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电极反应分为放电和充电两个过程二、二次电池铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)放电放电充电充电放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s) -2e- + SO42- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) +2e-+ 4H+

7、SO42- =2PbSO4 (s) +2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：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充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：PbSO4 (s) -2e- = PbO2(s) 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：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4+ SO42- +2H2O +

8、4H+ SO42-3)优缺点简析优缺点简析缺点：缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、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2 2、银锌蓄电池、银锌蓄电池 正极壳填充正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液解质溶液KOH。反应式为：。反应式为：2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O1970-1975, 1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 1975-1983, 为美

9、国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。放电放电充电充电 银银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：的充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O此电池放电时，负极上发生反应的物质是（此电池放电时，负极上发生反应的物质是（

10、 ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD电极反应：电极反应：负极：负极：Zn - 2e- = Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O + 2e- =2Ag放电放电充电充电+2OH-+H2O+2OH-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接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。目前转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化燃料电池的能量转化率可达近率可达近80%，约为火力发电的，约为火力发电的2倍倍。这是因为火力。

11、这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、及硫氧化物、氮氧化物等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19世纪世纪30年代末，经反复试验、改进，到年代末，经反复试验、改进，到20世纪世纪60年代才开始进入实年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：大致情况如下： 三、燃料电池燃料电池燃料电池 优点：能量转化率高，可持续使用，优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好对环境友好 用途：宇宙飞船，应用前景广阔用途：宇宙飞船，应用前景广阔负极负极 : : 2H2+4OH-4e

12、-4H2O 正极正极 : : O2+2H2O4e-4OH- 总反应方程式总反应方程式 ： 2H2O22H2O（-）Ni（多孔）（多孔）| KOH（溶液）（溶液） | NiO2 (+） 燃燃 料料 电电 池池介质电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性负极正极中性负极 正极碱性负极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-课堂总结1 1、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