化学电源的发展

1、第二节 化学能与电能 第3课时 发展中的化学电源原电池原电池1 1、定义、定义 ：将：将化学能化学能转化为转化为电能电能的装置的装置锌片锌片 Zn 2e- = Zn2+铜片铜片正极：正极：2H+ + 2e- = H2得到电子，发生还原反应得到电子，发生还原反应负极：负极：失去电子，发生氧化反应失去电子，发生氧化反应Zn + 2HZn + 2H+ + = Zn= Zn2+2+H+H2 2总反应：总反应：2、化学电池的反应本质：、化学电池的反应本质：氧化还原反应氧化还原反应原电池的形成条件：原电池的形成条件： （1）有有活泼性不同活泼性不同的两种电极的两种电极 （2） 两电极都浸入两电极都浸入电解

2、质溶液电解质溶液 （3） 正负极、电解质溶液构成正负极、电解质溶液构成闭合回路闭合回路两两 极极 一一 液液 成成 回回 路，路， 氧氧 化化 还还 原原 是是 核核 心。心。（4） 可以自发进行的可以自发进行的氧化还原反应氧化还原反应一、原电池：一、原电池：能将能将 直接转变为直接转变为 的装置的装置化学能化学能电能电能二、原电池原理：二、原电池原理：电极电极 电极材料电极材料电极反应电极反应 反应类型反应类型电流电流流动流动方向方向电子电子流动流动方向方向负极负极 正极正极 活泼金属活泼金属不活泼金属不活泼金属非金属导体非金属导体失电子失电子得电子得电子氧化反应氧化反应还原反应还原反应（核

3、心本质）（核心本质）三、原电池形成条件：三、原电池形成条件：两极一液成回路两极一液成回路 氧化还原是核心氧化还原是核心1780年，伽伐尼年，伽伐尼(Galvani,L.) 青蛙抽搐实验。青蛙抽搐实验。原电池的雏形原电池的雏形 伏打对蛙腿抽搐实验很感兴趣伏打对蛙腿抽搐实验很感兴趣 （Volta,A.1745-1827） 1800年建立伏打电堆模型。年建立伏打电堆模型。 伏打电池是伏打电池是实用电池的开端。实用电池的开端。纽扣电池纽扣电池蓄电池蓄电池笔记本电池笔记本电池 电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。在你的生活和学习中，你了解哪些电池？哪些电器使用电池？

4、1号电池号电池5号锂电池号锂电池7号电池号电池 太阳能电池太阳能电池手机电池手机电池二、发展中的化学电源二、发展中的化学电源 电池多种多样，其电池多种多样，其实质和原理是都是通实质和原理是都是通过氧化还原反应将化过氧化还原反应将化学能转变成电能。学能转变成电能。 化学电池化学电池一次性电池：一次性电池：如干电池如干电池二次电池二次电池（可充电电池）：（可充电电池）：铅蓄电池等铅蓄电池等燃料电池燃料电池：氢氧燃料电池：氢氧燃料电池1 1、干电池、干电池 干电池是一种一次性电池,放电之后不能充电（内部的氧化还原反应是不可逆的）。常用作手电筒照明、收音机等的电源。酸性锌锰干电池是最早进入市场的实用电

5、池（1）普通锌锰干电池普通锌锰干电池（1）锌锰干电池的结构特点负极（锌筒）：负极（锌筒）：正极（石墨）：正极（石墨）：总反应：总反应：电极反应：电极反应：Zn -2eZn -2e = Zn = Zn2+2+石墨石墨Zn + 2NHZn + 2NH4 4 + + =Zn=Zn2+ 2+ + +2NH+ +2NH3 3 + H+ H2 2 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，锌外壳逐渐变薄。缺点：放电时间短，锌外壳逐渐变薄。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（2）碱性干电池）碱性

6、干电池碱性电池是个人音响、照相机等地首选电源。碱性电池碱性电池 电解液电解液: NH4Cl碱性碱性KOH（离子导（离子导电性更好）电性更好）负极：锌片负极：锌片锌粉（反应面积成倍增锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）长，使放电电流大幅度提高）优点：优点：储存时间有所提高，适用于储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电大电流和连续放电（3 3）纽扣电池）纽扣电池（Ag-ZnAg-Zn电池）电池）总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag用途：用途：电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等2 2、充电电池、充电电池手机专用电池手机专

7、用电池摄像机专用电池摄像机专用电池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池化学能化学能放电放电充电充电电能电能用途：用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。广泛用于国防、生产、生活等领域。（1）铅蓄电池）铅蓄电池特点：特点：铅蓄电池的电压稳定，使用方便安全可靠，可再铅蓄电池的电压稳定，使用方便安全可靠，可再次充电使用。次充电使用。铅蓄电池工作原理铅蓄电池工作原理原电池反应：PbO2 + 2H2SO4 + Pb = 2PbSO4 + 2H2O负极： Pb电极； 正极： PbO2电极总反应：总反应： Pb+PbO2+4H

8、+2SO42- -=2PbSO4+2H2O负极：负极： Pb- -2e- -+SO42- -=PbSO4正极：正极： PbO2+2e- -+4H+SO42- -=PbSO4+2H2O其他蓄电池：其他蓄电池：镍镍- -镉蓄电池、银镉蓄电池、银- -锌蓄电池等锌蓄电池等优点：优点：可反复使用可反复使用 缺点：比较笨重不便携带缺点：比较笨重不便携带（2 2）锂电池）锂电池 用锂作为电池的负极，跟用相同质量用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较：质量轻、电压的其他金属作负极相比较：质量轻、电压高、工效高和贮存寿命长。用途：用于电高、工效高和贮存寿命长。用途：用于电脑、照相机、手表、心脏

9、起搏器上，及火脑、照相机、手表、心脏起搏器上，及火箭、导弹等的动力电源。箭、导弹等的动力电源。 常用的电池是锂电池（锂是一种碱金属，其相对原子质量常用的电池是锂电池（锂是一种碱金属，其相对原子质量为），由于它的比容量（单位质量电极材料所能转换的为），由于它的比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大而广泛用于心脏起搏器，一般使用时间可长电量）特别大而广泛用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年达十年 锂电池比容量特别大的原因是：锂电池比容量特别大的原因是：锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式

10、表示其原电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因：因：锂的摩尔质量小，单位质量的金属中锂提供的电子多锂的摩尔质量小，单位质量的金属中锂提供的电子多（3） 镍镉电池镍镉电池特点：特点：体积小，便于携带。可重复使用500次以上。寿命比铅蓄电池长。镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势。H2+NiO(OH) Ni(OH)2+H2O放电充电镍镍镉镉电电池池电极反应：电极反应：（KOHKOH为电解液为电解液）用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、 电动剃须刀等。电动剃须刀等。2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd

11、(OH)2放电放电充电充电 电池中含有大量的电池中含有大量的重金重金属属如锌、铅、镉、汞、锰等。如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节纽扣电池据专家测试，一节纽扣电池能污染能污染6060万升水；一节一号万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃圾一将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的重金属物质起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还威胁到人类的健康

12、，有的还能致癌。所以我们不要乱扔能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。电池，要及时回收。 废旧电池的回收利用废旧电池的回收利用3、燃料电池高效、环境友好的化学电池它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，铂电极，活性炭电极活性炭电极等。等。(例如：氢氧燃料电池，例如：氢氧燃料电池，CH4和和O2的燃料电池的燃料电池)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。能的化学电池。小型高性能燃料小型高性能燃料电池电池 氢氧燃料电池氢氧燃料电池正负极材料正负

13、极材料正极：通正极：通氧气氧气（氧化剂）（氧化剂）负极：通负极：通氢气氢气（燃料）（燃料）电解质：电解质：H H2 2SOSO4 4溶液溶液/NaOH/NaOH溶液溶液/Na/Na2 2SOSO4 4溶液溶液电极：电极：使用使用铂铂电极电极或者或者多多孔性碳孔性碳KOH溶液溶液H2O2H2Oa b练习：练习：19691969年美国年美国“阿波罗阿波罗1111号号”登月成功。飞船上使用的氢氧燃料登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。在电极表面放电。1 1、a a是是 极，极， b b是是 极极2、外电路电子