化学电源上课用

1、原电池原电池发生发生失失电子电子的的氧化反应氧化反应发生发生得得电子电子的的还原反应还原反应（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）Zn片：片： Zn 2e- = Zn2+Cu片：片：2H+2e- = H2 （铜片在这里起（铜片在这里起传导电子传导电子的作用）的作用）电极反应式：电极反应式：Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2电极反应总式：电极反应总式： ZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4原电池的工作原理：原电池的工作原理：1.在右图所示的装置中，在右图所示的装置中，a的金属性比氢要强，的金属性比氢要强，b为碳棒，为碳棒，关于此装置的各种

2、叙述不正确的是关于此装置的各种叙述不正确的是( ) A. 碳棒上有气体放出，碳棒上有气体放出， 溶液的溶液的pH增大增大 B. a是正极，是正极，b是负极是负极 C. 导线中有电子流动，导线中有电子流动， 电子从电子从a极流到极流到b极极 D. a极上发生了氧化反应极上发生了氧化反应B电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:比能量比能量 单位：单位：(wh/kg)(wh/kg)，(wh/L)(wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少的多少比功率比功率单位单位：（：（W/kgW/kg，W/L)W/L)指电池单位质量或单位体积所能输出功率指电池单位质量

3、或单位体积所能输出功率的大小的大小.电池的可储存时间的长短电池的可储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、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。功率大、储存时间长的电池，其质量好。化学电池化学电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碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池一、化学电池的分类一、化学电池的分类1.碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极负极-Zn-Zn正极正极MnOMnO2 2电池反应：电池反应：电解质：

4、电解质：KOHZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)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？碱性锌锰电池的优点碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间比电流稳定，放电容量、时间比干电池增大几倍，不会气涨或干电池增大几倍，不会气涨或漏液。漏液。钮扣电池钮扣电池：不锈钢制成一个由：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由盒内靠正极一端填充由AgAg2 2O O和和少量石墨组成的正极活性材料，少量石墨

5、组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓极活性材料，电解质溶液为浓KOHKOH溶液，已知电池内溶液，已知电池内ZnZn的氧的氧化产物为化产物为ZnOZnO2、银、银-锌电池锌电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Zn+ 2OHZn+ 2OH- - -2e -2e- - =Zn(OH) =Zn(OH)2 2 Ag2O +H2O +2e- - =2Ag +2OH- Ag2O + Zn+H2O =Zn(O H)2+ 2Ag铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池池3、铅蓄电池、铅蓄电池1)正负极材料

6、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

7、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：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)

8、放电放电充电充电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、锂离子电池、聚合物锂镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池离子蓄电池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

9、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年代年代末，经反复试验、改进，到末，经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代才开始进入年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：大致情况如下： ( (三三) )燃料电池燃料电池4、燃料电池、

10、燃料电池负极负极H H2 2：正极正极O O2 2：总反应：总反应： O O2+2+2H2 =2H2O氢氧燃料电池是一种新氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介电极表面放电。碱性介质质2H2+4OH- -4e- =4H2O O2+2H2O +4e- =4OH- 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 -

11、 4e- = 4H+O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-燃料电池的规律燃料电池的规律燃料做负极，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，只电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。起传导电子的作用。能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)，普通的，普通的只有只有30%，有利于节约能源。，有利于节约能源。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：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 优点：优点：

12、能量转化率高，可持续使用，能量转化率高，可持续使用，对环境友好对环境友好 用途：用途：宇宙飞船，应用前景广阔宇宙飞船，应用前景广阔书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：2 2负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，在形式存在，在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；1 1将两极反应的电子得失数配平后，相加得到将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反总反应，总反应减

13、去一极反应即得到另一极反应；应；3 3溶液溶液中不存在中不存在O2：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H结结合成合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH；练习练习2 2： 据媒体报道：以氢氧燃料电池为动力的公交据媒体报道：以氢氧燃料电池为动力的公交车即将在北京试运行。质子交换膜燃料电池车即将在北京试运行。质子交换膜燃料电池（PEMFCPEMFC）常作为电动汽车的动力源。该燃料电）常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢为燃料，空气为氧化剂，铂做催化剂，导池以氢为燃料，空气为氧化剂，铂做催化剂，导电离子是电离子是H H+ +。下列对该燃料电池的描述中正确的。下

14、列对该燃料电池的描述中正确的是是( )正极反应为：正极反应为：O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 负极反应为：负极反应为：2H24e = 4H+总的化学反应为：总的化学反应为：2H2 + O2 = 2H2O 氢离子通过电解质向正极移动氢离子通过电解质向正极移动（A） （B） （C） （D）D练习练习3： 一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇 Y2O3 的氧化锆的氧化锆 ZrO2 晶体，在熔融状态下能传导晶体，在熔融状态下能传导O2 。下列对该燃料电。下列对该燃料电池说法正确的是池说法正

15、确的是 A 在熔融电解质中，在熔融电解质中，O2 由负极移向正极由负极移向正极B 电池的总反应是：电池的总反应是：2C4H1013O2 8CO210H2O C 通入空气的一极是正极，电极反应为：通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e 2O2 D 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：通入丁烷的一极是正极，电极反应为：2C4H1026e 13O2 4CO25H2OBC练习练习4熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用到重视，可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物作电的熔融盐混合物作电解质，解质，CO为阳极燃气，空气与为阳极燃气，空气与CO2

16、的混合气体为阴的混合气体为阴极助燃气，制得在极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：关的电池反应式： 阳极反应式：阳极反应式：2CO+2CO32- 4CO2+4e- 阴极反应式：阴极反应式：_ 总电池反应式：总电池反应式：_2CO+O22CO2O2+2CO2+4e- -2CO32- -熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池（06重庆-27）铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：24请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：原）： （1）放电时：正极的电极反应式是）放电时：正极的电极反应式是

17、；电解液中；电解液中H2SO4的浓度将变的浓度将变 ；当外；当外电路通过电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质电子时，理论上负极板的质量增加量增加 g。 （2）在完全放电耗尽）在完全放电耗尽PbO2和和Pb时，若按时，若按右图连接，电解一段时间后，则在右图连接，电解一段时间后，则在A电极电极上生成上生成 、B电极上生成电极上生成 ，此时铅蓄，此时铅蓄电池的正负极的极性将电池的正负极的极性将 。 Pb+PbO2+4H+2SO42- 2PbSO4+2H2O PbO22e4HSO42PbSO42H2O 对换对换化学电源化学电源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

18、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减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源2.判断金属的活动性判断金属的活动性原电池的负极为较活泼的金属，发生氧化反应。原电池的负极为较活泼的金属，发生氧化反应。 把把A、B、C、D四块金属泡在稀四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若若A、B相连时，相连时，A为负极；为负极；C、D相连，相连，D上上有气泡逸出；有气泡逸出；A、C相连时相连时A极减轻；极减轻；B、D相相连，连，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为到小排列为。ACDB 3.改变化学反应速率改变化学反应速率（1 1）加快反应速率）加快反应速率实验室制取氢气，用锌与稀硫酸反应。实验室制取氢气，用锌与稀硫酸反应。锌用纯锌好，还是用粗锌好（杂质为锌用纯锌好，还是用粗锌好（杂