化学电源省赛一等奖

第四章电化学基础第二节化学电源本讲内容导读:一、化学电池的分类二、化学电池的优点三、判断电池的优劣标准是什么？四、三种不同类型电池的工作原理【学与问】：在我们的日常生活中，你知道哪些电池？其中哪些属于化学电源？它们在哪些方面得到应用？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电转换器转变为电能的装置一、化学电池的分类化学电池一次电池二次电池燃料电池如：普通干电池、碱性锌锰电池、银锌纽扣电池如：铅蓄电池、银锌蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。如：氢氧燃料电池、甲醇燃料电池等。二、化学电池的优点化学电源与其它电源相比有哪些优点？①能量转化率较高。②供能稳定可靠。③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。④使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。三、判断电池的优劣标准是什么？衡量电池优劣的指标：比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。单位W·h/g,W·h/L。比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。单位W/g,W/L。储存时间：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、功率大、储存时间长的电池，更适合使用者的需要。四、三种不同类型电池的工作原理1、一次电池一次电池中常见的有普通锌锰干电池，碱性锌锰电池、银锌电池、锂电池等。例如：（1）普通锌锰电池的负极是n，正极是MnO2，电解质是NH4Cl和淀粉糊。电极反应：负极：n-2e-＝n2正极：2MnO22NH42e-＝Mn2O32NH3↑H2O总反应：n2NH42MnO2＝n2Mn2O32NH3↑H2O例如：（2）碱性锌锰电池的负极是n，正极是MnO2，电解质是OH。电极反应：负极：n-2e-2OH-＝nOH2正极：2MnO22H2O2e-＝2MnOOH氢氧化氧锰）2OH-总反应：n2MnO22H2O＝2MnOOH氢氧化氧锰）nOH2例如：（3）锌银电池的负极是n，正极是Ag2O，电解质是OH。电极反应：负极：n-2e-2OH-＝nOH2正极：Ag2OH2O2e-＝2Ag2OH-总反应：nAg2OH2O＝nOH22Ag这种电池的比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣微型电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器等。例如：（4）锂电池的负极是Li，正极可以是MnO2、CuO、FeS2等锂电池的比能量高，电压高，工作温度宽，可储存时间长。2、二次电池铅蓄电池是常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4溶液。铅蓄电池的电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，所以在生产、生活中使用广泛。铅蓄电池放电的电极反应如下：负极：Pbs-2e-SO42-aq＝PbSO4s氧化反应）正极：PbO2s4HaqSO42-aq2e-=PbSO4s2H2Ol（还原反应）总反应：PbsPbO2s2H2SO4aq=2PbSO4s2H2Ol*铅蓄电池充电的电极反应如下：阴极：PbSO4s2e-=PbsSO42-aq还原反应）阳极：PbSO4s2H2Ol-2e-=PbO2s4HaqSO42-aq（氧化反应）总反应：2PbSO4s2H2Ol=PbsPbO2s2H2SO4aq目前已开发镉镍电池、氢镍电池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池等一系列新型蓄电池。3、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能的化学电池。它与一般电池不同，一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件。它工作时，燃料和氧化剂连续由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地排除，于是电池就连续不断地提供电能。氢氧燃料电池氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极，使用酸性电解质。负极室通入H2，在正极室通入O2，经过Pt电极的催化，O2、H在正极上放电生成H2O。负极：H2-2e-＝2H正极：1/2O22H2e-=H2O总反应：H21/2O2=H2O除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可以作氧化剂。燃料电池和普通电池相比较的优点：（1）燃料电池的能量转换率超过80%，远高于普通燃烧过程（能量转换率仅30%），有利于节约能源（2）燃料电池可以组合成燃料电池发电站，具有巨大的经济优势。（3）燃料电池发电站排放的废弃物也比普通火力发电站少得多，运行时噪音也低。书写燃料电池的电极反应式和总反应式：（3）由燃料电池总反应减去确定极的电极反应式得另一极的电极反应式。

（2）根据氧化还原反应写出电极反应式向产物靠拢，向介质靠拢。（1）写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应。①酸性介质②碱性（或中性）介质O24H4e－=2H2OO22H2O4e－=4OH-书写燃料电池的电极反应式和总反应式？正极反应一般为练习1CH4、O2、NaOH组成的燃料电池1燃烧总化学反应2燃料电池总反应

3正极4负极CH42OH-2O2=CO32-3H2OO22H2O4e－=4OH-CH410OH--8e－=CO32-7H2OCH42O2=CO22H2O练习2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的混合气为正极燃气，制得在65℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式负极：正极：总反应式：O22CO24e-=2CO32-2COO2=2CO22CO2CO32--4e-=4CO2（1）今有2H2O2=2H2O反应构成的燃料电池，以OH为电解质溶液。则负极应通入———气体，正极应通入____气体。负极反应式为：________________________，正极反应式为：________________________。（2）如把OHaq改为H2SO4作电解质，则负极反应式为：_________________________，正极反应式为：________________________。（3）上面12的电解质溶液不同，反应进行后，其溶液的pH各有什么变化？1中；2中。（4）如把H2改为CH4，OHaq作电解质，则电极负极反应式为：。正极电极反应式为：。随堂思考：H2O22H24OH-—4e-=4H2OO22H2O4e-=