第二节-化学电源

第二节-化学电源第一页，共36页。阅读教材P74后思考：1、目前化学电池主要分哪几大类？分别有哪些代表？2、化学电池与其它能源相比有哪些优点？3、判断电池的优劣标准主要是什么？第一页第二页，共36页。化学电池的分类化学电池

一次电池

二次电池

燃料电池

是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池。电池中的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度后，就不能使用了又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得再生，恢复工作能力，可多次重复使用。第二页3第三页，共36页。一次电池普通锌锰干电池碱性锌锰电池锌银电池锂电池……第三页4第四页，共36页。二次电池铅蓄电池镉镍电池氢镍电池锌银电池……锂离子电池聚合物锂离子电池第四页5第五页，共36页。燃料电池氢氧燃料电池甲醇燃料电池甲烷燃料电池煤气燃料电池……第五页6第六页，共36页。2优点:3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(W·h/kg)，(W·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电池的可储存时间的长短第六页第七页，共36页。一、一次电池介绍一次电池普通锌锰干电池碱性锌锰电池锌银电池锂电池……第七页8第八页，共36页。普通锌锰干电池(-)Zn│NH4Cl│C(+)第八页9第九页，共36页。负极（锌筒）

Zn-2e-=Zn2+正极（石墨）

2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O总反应：

Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O(-)Zn│NH4Cl│C(+)负极（锌筒）

Zn-2e-=Zn2+正极（石墨）

2NH4++2e-=2NH3+H2总反应：

Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2普通锌锰干电池优点：制作简单、价格便宜。

缺点：放电时间短，电压下降快。也可以写成：第九页10第十页，共36页。

随着用电器朝着小型化、多功能化发展的要求，对电池的发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。

体积小、性能好的碱性锌－锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的酸性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。第十页11第十一页，共36页。负极：Zn+2OH––2e–=Zn(OH)2

正极：2MnO2+2H2O+2e–=2MnOOH+2OH–

总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

碱性电池

碱性锌锰电池：(-)Zn│KOH(MnO2)│C(+)氢氧化氧锰第十一页12第十二页，共36页。优缺点简析缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：

比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电其它一次电池锌银电池、锂电池第十二页13第十三页，共36页。其电极分别为Zn和Ag2O,电解质溶液为KOH,电极反应分别为：负极

:

正极:（探讨)根据上述条件，下列判断正确的是（）

A.Zn是正极，Ag2O为负极

B.Zn是负极，Ag2O为正极

C.总反应为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgD.工作时，原电池负极区溶液的pH值增大BC------PH值减小------PH值增大Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-电池总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag锌银电池—纽扣电池

(-)Zn│KOH│Ag2O

(+)2e-第十三页第十四页，共36页。有关锂电池的知识:埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的电源,锂电池(蓄电池)Li+MnO2=LiMnO2它的负极反应为_____________________;能否用电解质的水溶液？锂电池：锂作负极，其他导体作正极。优点：质量轻，电压高，工作效率高，贮存寿命长。常作手机电池、笔记本电脑、数码相机和心脏起搏器的电源.锂“能源金属”是用于制造氢弹的重要原料.Li-e-=Li+不能，因为：2Li+H2O

=2LiOH+H2↑心脏起搏器：它由起搏电路、电池和金属外壳组成。目前国内外植入式起搏器普遍使用锂—碘电池，使起搏器的连续使用寿命达到了10年以上。由于金属钛生物相容性好，不锈蚀，故目前起搏器外壳都采用钛材料.（-）Li（S）LiI（晶片）I2(+）

第十四页第十五页，共36页。二、二次电池介绍二次电池铅蓄电池镉镍电池氢镍电池锌银电池……锂离子电池聚合物锂离子电池第十五页16第十六页，共36页。负极：Pb(s)+SO42-(aq)-2e-

==PbSO4(s)（难溶于水）正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-

==PbSO4(s)+2H2O(l)Pb（s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)放电充电☆铅蓄电池(可充电电池)----汽车用的电池2e-电解池反应原电池反应放电阳极：阴极：充电+-PbSO4(s)+2H2O(l)

-2e-

=PbO2(s)+4H+（aq)+SO42-(aq)+2+4PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)+20还原反应氧化反应放电时两电极都增重。充电时原原电池的负极接外电源的_____极。负第十六页第十七页，共36页。镍-镉（Ni-Cd)电池--使用寿命比铅蓄电池长，可充电500次以上.镍-镉（Ni-Cd)电池发生如下反应：Cd+NiO(OH)2+H2OCd(OH)2+Ni(OH)2,

（探讨)

对于镍-镉（Ni-Cd)电池，下列判断正确的是（）ANiO(OH)2是电池的负极B放电时Cd是电池的负极C充电时Ni(OH)2发生氧化反应D正极反应为Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO(OH)2+H2O负极正极BC0+3+2+2×正极√√×阳极第十七页第十八页，共36页。【探讨】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。总：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH下列叙述不正确的是()A.放电时负极反应为：Zn—2e—+2OH—==Zn(OH)2B.充电时阳极反应为：Fe(OH)3—3e—+5OH—==FeO42—+4H2OC.放电时每转移3moL电子，正极有1molK2FeO4被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强C√×被还原√√0+66e-第十八页第十九页，共36页。燃料电池氢氧燃料电池甲醇燃料电池甲烷燃料电池煤气燃料电池……三、燃料电池介绍第十九页20第二十页，共36页。

新型燃料电池如氢—氧碱性燃料电池负极（Pt)：2H2-4e-+4OH-=4H2O正极(Pt):O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：

2H2+O2=2H2O优点：能量转化率高、可持续使用、无污染。燃料电池通常(Pt电极)负极：通可燃气体；正极：通助燃气体(失电子发生氧化反应）(得电子发生还原反应）☆特别强调：燃料电池并不燃烧；而是利用高能催化剂—质子选择膜，使氢分子分解成氢原子，氢原子失电子成H+，氧气得电子，将化学能转变为电能的装置。工作时，负极区PH减小工作时，正极区PH增大电解质溶液PH减小酸性氢氧燃料电池（Pt)H2(g)H2SO4(1mol/L)O2(g)(Pt)负极（Pt)

：2H2–4e-=4H+

正极：

（Pt)O2+4e-+4H+=2H2O

总反应：2H2+O2=2H2O电解质溶液PH变大

工作时，负极区PH减小工作时，正极区PH增大第二十页第二十一页，共36页。介质电池总反应：2H2+Ｏ２=2H2O

酸性负极正极中性负极

正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-氢氧燃料电池第二十一页22第二十二页，共36页。优缺点简析缺点：体积较大、附属设备较多优点：能量转换率高、可持续使用、噪音低、清洁、对环境友好第二十二页23第二十三页，共36页。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。燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别：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。其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……第二十三页第二十四页，共36页。CH4.O2.KOH作导电物质则电极反应为:负极_____________________正极_____________________总反应式__________________CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

甲烷—氧碱性燃料电池第二十四页第二十五页，共36页。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（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。负极-----通入丁烷：电池总反应：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O正极----通入空气13O2+52e-=26O2-特别强调：正极---O2O2+4e-+2H2O=4OH-（碱性介质）

O2+4e-+4H+=2H2O（酸性介质）

O2+4e-=2O2-（熔融的金属氧化物为电解质）

O2+4e-+2CO2=2CO32-

（熔融的K2CO3为电解质）

2C4H10-52e-+26O2--=8

CO2+

10H2O第二十五页第二十六页，共36页。【探讨】CH3OH燃料电池、电解质为KOH溶液，写出电极反应及电池总反应.负极：正极：电池总反应：3O2+6H2O+12e-=12OH-2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+

12H2O2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3

+

6H2O第二十六页第二十七页，共36页。(探讨）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和

CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为

；放电时CO32－移向电池的____极。

C3H8+5O2=3CO2+4H2O正极：

负极：O2+2CO2+4e-=2CO32-

C3H8+10CO32-+20e-=13CO2+4H2O

负第二十七页第二十八页，共36页。电极反应式的书写方法《优化设计》P54“重难点·突破”第二十八页第二十九页，共36页。

Fe—2e-=Fe2+

2H2O

+O2+4e-

=4OH-2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

对比：书写下列电极反应和电池总反应：

Fe—2e-=Fe2+

2H++2e-

=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2

↑负极：正极：总：稀硫酸FeCu稀硫酸FeCuNaCl溶液负极：正极：总：第二十九页第三十页，共36页。负极：Cu—2e-=Cu

2+正极：4H+

+2NO3－

+2e-=2NO2

↑

+2H2O总：Cu+4H+

+2NO3－=2NO2↑+Cu

2++2H2O稀H2SO4负极：Al—3e-=Al3+

正极：2H++2e-=H2↑总：2Al+6H+=2Al3++3H2↑特殊原电池电极反应式的书写第三十页第三十一页，共36页。

负极：

2Al+8OH－—6e-=2AlO2－

+4H2O正极：6H2O