第二节化学电源

1、2009年3月，美国麻省理工学院科学家塞达尔及其同事研制出一种革命性的手机电池，与充电时间需要几个小时的普通电池相比，这种电池只需10秒钟便可完成充电过程，新电池的充电速度是传统电池的100倍，23年内便可用在手机、笔记本电脑、数码摄像机和照相机上。此外，同样的技术也可大大缩短电动汽车的充电时间，能够与传统汽车的加油时间不相上下，进而扫除绿色环保汽车面临的最大障碍之一。这项技术也可用于研制新一代体积更小、重量更轻的电池，让手机和笔记本电池的个头只有一张信用卡大小。那么，你还知道哪些化学电源呢？它们的工作原理是什么呢？ 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各类

2、电池各类电池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学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知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？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生的热能通过热能将放射性同位素

3、自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置转换器转变为电能的装置1概念概念化学电池是利用化学电池是利用_原理，将原理，将_转化为转化为_的装置。的装置。原电池原电池化学能化学能电能电能一、化学电池一、化学电池2化学电池的分类化学电池的分类一次一次二次二次燃料燃料3化学电池的优点化学电池的优点(1)化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。化学电池的能量转换效率较高，供能稳定可靠。(2)可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。及电池组。(3)使用方便，易于维护。使用方便，易于维护。(1)比能量比能量：即单位质量或单位体积所能输出电

4、能的多少，单位：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位(Wh)/kg或或(Wh)/L。(2)比功率比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位W/kg或或W/L。(3)比时间比时间:电池的可储存时间的长短。电池的可储存时间的长短。4判断电池优劣的主要标准判断电池优劣的主要标准 除特殊情况外除特殊情况外, ,质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池时间长的电池, ,更适合使用者的需要。更适合使用者的需要。2MnO2 + 2e-+ 2H2O 2MnOOH + 2OH-3.高能电池：高能电

5、池：总反应总反应 Zn+2NHZn+2NH4 4+ +2MnO+2MnO2 2=Zn=Zn2+2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O负极负极: :2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e-+ 2MnO+ 2MnO2 2MnMn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3H H2 2 O O1.普通锌锰干电池普通锌锰干电池:活性物质为活性物质为NH4Cl和淀粉糊作电解质和淀粉糊作电解质,还填有还填有MnO2 和炭黑和炭黑.电极反应式：电极反应式：Zn - 2eZn - 2e-ZnZn2+ 2+ 正极正极: : 2.碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池:活性物质为活性物

6、质为KOH和淀粉糊作电解质和淀粉糊作电解质,还填有还填有MnO2 和炭黑和炭黑.电极反应式：电极反应式： 总反应总反应: Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+ Zn(OH)2Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2 负极：负极： 正极：正极：二、化学电池的分类介绍二、化学电池的分类介绍一次电池一次电池(2)Li电池电池:负极负极:Li,正极可以是正极可以是:CuO、FeS2 、MnO2 、C等等;无机溶剂亚硫酰氯无机溶剂亚硫酰氯 SOCl2 在炭极上发生还原反应在炭极上发生还原反应.电解液电解液是由四氯铝化锂是由四氯铝化锂 LiAlCl4 溶解于亚硫酰氯中组成溶解于亚硫酰氯中组成.它

7、的总它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应反应是锂与亚硫酰氯发生反应,生成氯化锂、亚硫酸锂和生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。硫。总反应总反应：8Li3SOCl26LiClLi2SO32S(1)AgZn电池电池:负极为负极为Zn,正极为正极为Ag2O,电解质电解质:KOH,特点特点:比能量大、电压稳定、储存时间长、适宜小电流连续放电、比能量大、电压稳定、储存时间长、适宜小电流连续放电、便携等优点。便携等优点。电池反应电池反应: Zn + Ag2O +H2O Zn(OH) 2+ 2Ag 负极负极:正极正极:Zn+2OH- 2e- Zn(OH) 2 ; Ag2O + H2O2e-2Ag + 2OH- ; (-)

8、 8Li8e-=8Li+ ; (+) 3SOCl2+8e- = 6Cl- +2S+SO32-电池电池特点特点: :比能量高、电压高、储存时间长、工作温度宽等优点比能量高、电压高、储存时间长、工作温度宽等优点. .C【例2】. .锂电池是一代新型高能电池，它以质量锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A A、 LiLi是正极，电极反应为是正极

9、，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2 D D、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+B【例3】 见蓝本P65 【活学活用】3题 铅蓄电池铅蓄电池：其电池反应可以正向和逆向进行其电池反应可以正向和逆向进行.蓄电池放电时为自发电蓄电池放电时为自发电池池,充电时为电解池充电时为电解池.充电后电池容量

10、得到恢复充电后电池容量得到恢复,充放电次数可达千充放电次数可达千百次百次 . 1.1.放电时电极反应式放电时电极反应式: : 总反应：总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O 放电放电充电充电二次电池二次电池PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-PbSO4 + 2H2O2.(2.(充充放电放电) )可逆反应式可逆反应式:充电充电时电极反应式与放电时电极反应式相反时电极反应式与放电时电极反应式相反,所以可以把所以可以把上述反应写成一个可逆反应式上述反应写成一个可逆反应式 Pb + PbO2 + 2H2SO 4 2PbSO4+2H2O正极：正极：Pb + S

11、O42- -2e-PbSO4 负极负极:【例1】 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电银锌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表示为：源，它的充电和放电过程可表示为：2AgZn(OH)2 Ag2OZnH2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是在此电池放电时，负极上发生反应的物质是()AAg BZn(OH)2CAg2O DZnD【例2】蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：FeNiO22H2O Fe(OH)2Ni(OH)2 下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是()A放电时，Fe是负极，NiO2是正极B蓄电池的电极可以浸

12、入某种酸性电解质溶液中C充电时，阴极上的电极反应为： Fe(OH)22eFe2OHD放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动BD【例3】实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气, ,已知铅蓄电池放电时发生如下反应：已知铅蓄电池放电时发生如下反应： 负极：负极：Pb + SOPb + SO4 42-2-2e-2e- -PbSOPbSO4 4 正极正极: PbO: PbO2 2+4H+4H+ +SO+SO4 42-2-+2e+2e- -PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O O 今若制得今若制得ClCl2 2 0.050mol, 0.050mo

13、l,这时电池内消耗这时电池内消耗n(Hn(H2 2SOSO4 4) ) 是是( ) ( ) A.0.025mol A.0.025molB.0.050mol C.0.10mol D.0.20molB.0.050mol C.0.10mol D.0.20molC石墨电极石墨电极Na2SO4溶液溶液 电解槽电解槽 电池中附有氧气的碳棒为正极，附电池中附有氧气的碳棒为正极，附有氧有氧气的碳棒为正极气的碳棒为正极。电子贺卡电子贺卡贺卡发出红光贺卡发出红光和音乐声音和音乐声音氢氧燃料电池带动小电器氢氧燃料电池带动小电器1.氢氧燃料电池氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电池。一种高效低污染的新型电池。 A.酸

14、性条件下工作原理：酸性条件下工作原理： 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池.电池的电极本身不包含活性物质电池的电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件只是一个催化转化元件.工作时工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应在电极上不断地进行反应,生成生成物不断地被排除物不断地被排除,于是电池就连续不断地提供电能于是电池就连续不断地提供电能.清洁、能量转清洁、能量转换率高的特点。换率高的特点。燃料电池燃料电池:正极正极:O2 + 4H+ + 4e-2H2O ; 负极负极:2H

15、2 - 4e-4H+总总(电池电池)反应：反应：2H2 + O22H2O B.碱性条件下工作原理：碱性条件下工作原理： 正极正极:O2 + 2H2O 4e-4OH- ; 负极负极:2H2+4OH- 4e-4H2O 总总(电池电池)反应：反应：2H2 + O22H2O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-

16、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2.其它燃料电池：其它燃料电池：是用金属铂片插入是用金属铂片插入KOH溶液作溶液作电极电极,又在两极上分别通甲烷又在两极上分别通甲烷 或其它烃或其它烃燃料燃料 和氧气和氧气 氧化剂氧化剂 。负极负极：CH410OH-8e CO32-7H2O； 正极正极：4H2O2O28e 8OH。 电池反应为：电池反应为：CH42O22KOHK2CO33H2O电极反应式为：电极反应式为：飞船上使用的氢氧燃料电池的两个电极均由多孔性碳制成。通入的气体由空隙中逸出，并在电极

17、表面放电，总反应式为：2H2O22H2O(1)以KOH溶液为电解质构成燃料电池，则负极通入_ ，电极反应式为_ ， 正极通入_，电极反应式为_(2)如把KOH溶液改为稀H2SO4作电解质则电极反应为负极_， 正极_。(3)如把KOH溶液改为NaCl溶液作电解质则电极反应为负极_ _ ， 正极_。H2O2O22H2O4e4OH2H24e4 H O24H4e2H2O2H24e4HO22H2O4e4OH2H24OH4e4H2O燃料电池是使气体燃料氧化直接产生电流的装置，燃料电池的研究是本世纪最具挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池：一个电极通入空气，另一个电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y

18、2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体，它在高温下能传导O2，试回答下列问题：(1)该电池放电时的化学反应方程式为：_。(2)该燃料电池的电极反应式为：正极：13O252e26O2负极：2C4H1026O252e8CO210H2O则固体电解质中的O2向_极移动。(填“正”或“负”)负2C4H1013O28CO210H2O电池的发展方向电池的发展方向 光电池使用方便光电池使用方便, ,特别是近年来特别是近年来 微小型半导体逆变微小型半导体逆变器迅速发展器迅速发展, ,促使其应用更加快捷促使其应用更加快捷. .美美, ,日日, ,欧和发展欧和发展中国家都制定出庞大的中国家都制定出庞大的 光伏技术发展计划光伏技术发展计划, ,开发方开发方向是大幅度提高光电池转换