选修4 各类化学电源

1、选修4 化学电源,学习目标： 1、了解实用化学电源的发展历程和种类 2、能正确书写电池半反应，并运用电池原理分析、解决问题,一次电池,酸性锌锰干电池结构： 锌筒、碳棒作两极，ZnCl2-NH4Cl糊状物作电解质，碳棒被 MnO2包围。,MnO2和碳黑包裹着碳棒，碳黑能导电，MnO2用于吸收正极产物H2，H2的产生会增大电池内电阻，使输出电压迅速降低。,电池在存放过程中，负极锌与电解质NH4Cl直接接触，会发生化学腐蚀。导致锌筒蚀破，电池作废，电解质泄漏，损坏电器。,碱性锌锰干电池结构： 负极锌、正极MnO2，KOH为电解质,电池总反应: Zn+2MnO2+2H2O = 2MnOOH+Zn(OH

2、)2,Zn+2OH-2e- Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-,从总反应来看，电解质KOH在放电过程中没有消耗，却在消耗H2O。,一次电池,一次电池,银锌电池结构： 负极锌、正极Ag2O，KOH为电解质,总反应:Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag,Zn+2OH-2e- =ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e- =Ag + 2OH-,二次电池,铅蓄电池结构： 负极Pb、正极PbO2, H2SO4作电解质,放电反应: Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l),Pb(s)+SO42-(aq)-2e- = PbSO

3、4(s),PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e- = PbSO4(s)+2H2O(l),二次电池,镍镉电池：电解质KOH 可充放电达500次以上，输出电压稳定，放电量大。 缺点：具放电记忆性，镉对环境污染严重。,总反应：2NiOOH+ Cd+ 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2,负极： Cd - 2e-+ 2OH- = Cd(OH)2,正极：2NiO(OH) + 2e-+ 2H2O= 2Ni(OH)2 + 2OH-,二次电池,镍氢电池：电解质KOH 比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差,正极：

4、NiOOH + H2O + e- = Ni(OH)2 + OH-,以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。 最常用储氢合金为LaNi5。,总反应：MH + NiOOH M + Ni(OH)2,负极：MH + e- + OH- = M + H2O,二次电池,锂离子电池是一种新型的二次电池，它不含有金属态的锂，它主要依靠 LI+在正负两极之间移动来工作。放电时，LI+从负极材料(石墨)脱嵌，经 过电解质膜，嵌入正极材料（CoO2).充电过程刚好相反。 锂离子电池不同于锂金属电池，后者因危险性较少实用。,总反应：CoO2 + LiC6 = LiCoO2 + 6C,负 极：LiC6 e-

5、= 6C + Li+,正 极：CoO2 + Li+ + e- = LiCoO2,负极每脱嵌一个LI+同时失去一个电子 正极每入嵌一个Li+同时得到一个电子,燃料电池,燃料电池： 与一次、二次电池不同，燃料电池并不需要将反应活性物质贮藏在电池内部，它工作时，燃料和氧化剂由外部供给。燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，电极材料本身不参与电池反应,但电解质会参与电池反应。,酸性氢氧燃料电池 总反应：2H2+O2=2H2O,负极：2H24e=4H+,正极： O2+4e+4H+=2H2O,（H+定向移动到正极，在负极生成，在正极消耗）,燃料电池,碱性氢氧燃料电池 总反应：2H2+O2=2H2O,负极：

6、2H24e+4OH=4H2O,正极： O2 + 4e+ 2H2O=4OH,（OH-定向移动到负极，正极生成， 负极消耗）,燃料电池,酸性甲醇燃料电池,燃料电池的特点： 电解质（离子）一定在一极上生成，定向移动 后在另一极上消耗。,燃料电池,碱性甲醇燃料电池,同样，电解质OH-向负极移动。在正极生成，负极消耗。,熔融碳酸盐 氢氧燃料电池,例：美国加州Miramar海军航空站安装了一台250KW的MCFC型空气 燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为700-800， 所用燃料为氢气，电解质为熔融的K2CO3。请写出电池和电极反应式。,思考：为了让电池能够持续稳定工作，通入正极气体时应注

7、意什么？,通入的正极气体应该是O2和CO2的混合物,熔融氧化物 燃料电池,例：丁烷燃料电池中一个电极通入空气,另一电极通入丁烷,电池的电解质是掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体,它在高温下能传导O2-,试写出正、负极的电极反应式。,负极: 2C4H10+26O2-52e- = 8CO2+10H2O 正极: 13O2+52e- = 26O2-,燃料电池共有特点： 电解质定向移动传递电流，在一极生成，另一极等量消耗,熔融碳酸盐 燃料电池,例：某燃料电池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）为电解质，以 丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属 材

8、料为电极。试写出电池及电极反应。,在燃料电池中， 电解质离子一定参与了电极反应，一极生成，一极等量消耗。,实战技巧,1.磷酸铁锂电池的构造如图所示。 其正极的电极反应式为FePO4+Li+ + e-=LiFePO4,下列有关判断不 合理的是： A.负极区的电解质溶液不可能是水溶液 B.聚合物薄膜可允许Li+通过 C.负极反应式为LiCxe-=Li+Cx D.充电时，Li+由负极区移向正极区,实战,2.现今市面上的智能手机都面临着电池续航不足的问题。最常见的 智能手机电池工作原理是 下列说法错误的是： A.放电时，每转移xmol电子，通过电解质膜的Li+为(1x)mol B.负极材料是填充了金属锂的石墨（LiC6) C.充电时阳极的电极反应为 D.负极的电极反应式为,3.饱和甘汞电极（Hg-Hg2Cl2)因其电动势稳定，常用作基准电极。饱和甘汞电极的内部构造如图所示，当甘汞电极与锌共同插入 ZnCl2溶液中构成原电池时，下列说法正确的是： A.负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+ B.正极的反应式为Hg2Cl2+2e-=2