化学：4.2 《化学电源》课件

第四章电化学基础第二节化学电源化学电源［学与问］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？电池化学电池太阳能电池原子能电池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为电能的装置知识点1：化学电池1)概念:将化学能变成电能的装置2)分类:①一次电池又称不可充电电池——如：干电池②二次电池又称充电电池——蓄电池③燃料电池3)优点:4)电池优劣的判断标准:①能量转换效率高，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和电池组，使用方便。③易维护，可在各种环境下工作。①比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少②比功率[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③电池的储存时间的长短锂电池干电池叠层电池纽扣电池各类电池知识点2：各类电池1、干电池(普通锌锰电池）干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。请写出各电极的电极反应。(一)一次电池练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。负极————————————————正极————————————————总反应———————————————通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？_____________________________我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+锌筒变软，电池表面变得不平整MnO2

缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液2NH4++2e-=2NH3+H2，H2+2MnO2=Mn2O3+H2OZn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O2.碱性锌-锰干电池负极：正极：电池反应：电解夜：KOH溶液——Zn——MnO2和CZn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2［思考］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：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。3.银锌电池总反应式:

Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2

电极反应式:负极:Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2正极:Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－电解液:KOH溶液这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。4.锂电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：

；正极：

。用途：质轻、高能(比能量高)、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。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S铅蓄电池1)正负极材料正极：PbO2负极：Pb2)工作机制电解质：H2SO4溶液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(二)二次电池放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)

氧化反应

还原反应负极：①放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)

还原反应阴极：阳极：2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)

氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：放电充电3)优缺点简析缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……银-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：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。镍-镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电A.Cd

（A）B.

NiO(OH)

D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2电极反应：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-负极材料：Cd；正极材料：涂有NiO2，电解质：KOH溶液(三)燃料电池

燃料

O2

电解质溶液电极材料：多孔性镍、铂电解质溶液：KOH等强碱、H2SO4等强酸、NaCl等盐溶液1、燃料电池的构成

常见燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出；③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。燃料电池与前几种电池的差别：燃料电池的规律①燃料做负极，助燃剂氧气为正极②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。②再写正极反应：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－酸性①先写总反应：燃料在氧气中的燃烧2、燃料电池的电极反应的书写若有CO2生成，且电解质为强碱时，考虑CO2+2OH—=CO32—+H2OO2＋4H+＋4e－＝2H2O碱性③最后写负极反应：总反应减去正极反应e-e-H2O2氢氧燃料电池负极:2H2-4e-=4H+正极:O2+4H++4e-=2H2O总反应:2H2+O2=2H2O电解质溶液为酸性:电解质溶液为碱性:负极:2H2+4OH--4e-=4H2O正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应:2H2+O2=2H2OAPt(-)Pt(+)氢氧燃料电池工作原理负极室正极室隔膜电解质溶液

①CH4燃料电池用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH4和O2，该电池的反应式为：

负极：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O

正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O烃类燃料电池负极：2C4H10＋26O2－－52e－===8CO2＋10H2O正极：13O2＋52e－===26O2－总反应式：2C4H10＋13O2==8CO2＋10H2O用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH3OH(或乙醇)和O2，则发生了原电池反应。甲醇电池的反应式为：负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO32－＋12H2O正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－总反应式：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO32－＋6H2O醇类燃料电池熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，该原电池的反应式为：负极：2CO＋2CO32－－4e－===4CO2正极：O2＋2CO2＋4e－===2CO32－总反应式：2CO＋O2===2CO2熔融盐燃料电池1、用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池——燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH4＋2KOH＋2O2===K2CO3＋3H2O，下列说法错误的是()A．通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B．放电时，通入O2一极附近溶液的pH升高C．放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化D．通甲烷极的电极反应式是：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O随堂练习解析：

原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是：正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－负极：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O由此可见A、B、D正确，C错误。

C2、固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A．有O2参加反应的a极为电池的负极B．有H2参加反应的b极为电池的正极C．a极对应的电极反应式为：O2＋2H2O－4e－===4OH－D．该电池的总反应方程式为：2H2＋O2==