電池及電極方程式書寫

1、普通干電池普通干電池手機(jī)電池手機(jī)電池鈕扣電池鈕扣電池 筆記本電腦筆記本電腦 專用電池專用電池 攝像機(jī)攝像機(jī) 專用電池專用電池 “神六神六”用用 太陽能電池太陽能電池 電池電池 1780年，伽伐尼年，伽伐尼(Galvani,L.) 青蛙抽搐實驗。青蛙抽搐實驗。 原電池的雛形原電池的雛形 理論解釋理論解釋 ：生物電觀點生物電觀點 伏打?qū)ι镫娪^點的質(zhì)疑伏打?qū)ι镫娪^點的質(zhì)疑 （Volta,A.1745-1827） 1800年建立伏打電堆模型。年建立伏打電堆模型。 伏打電池是伏打電池是 實用電池的開端。實用電池的開端。 化學(xué)電池 一次電池燃料電池二次電池 活性物質(zhì)消耗 到一定程度就 不能再用了。 也

2、叫干電池 放電后可以再 充電使活性物 質(zhì)獲得再生。 又稱充電電池 或蓄電池。 連續(xù)地將燃料 和氧化劑的化 學(xué)能直接轉(zhuǎn)換 成電能的電池 種類種類 優(yōu)點優(yōu)點: 能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。 可以制成各種形狀和大小、不同容量可以制成各種形狀和大小、不同容量 和電壓的電池和電池組，使用方便。和電壓的電池和電池組，使用方便。 易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。 電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn): 符號符號(Ah/kg)，(Ah/L) 指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少 比功率比功率 符號是符號是W

3、/kg，W/L) 電池的儲存時間的長短電池的儲存時間的長短 比能量比能量 指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小 1 1、干電池、干電池( (普通鋅錳電池）普通鋅錳電池） 干電池用鋅制桶形外殼作干電池用鋅制桶形外殼作 負(fù)極，位于中央的頂蓋有負(fù)極，位于中央的頂蓋有 銅帽的石墨作正極，在石銅帽的石墨作正極，在石 墨周圍填充墨周圍填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2 和淀粉作電解質(zhì)溶液，還和淀粉作電解質(zhì)溶液，還 填充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正極放出的的黑色粉末吸收正極放出的H H2 2，防止產(chǎn)生極化，防止產(chǎn)生極化 現(xiàn)象。電極總的

4、反應(yīng)式為：現(xiàn)象。電極總的反應(yīng)式為： Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O 請寫出各電極的電極反應(yīng)。請寫出各電極的電極反應(yīng)。 一、一、 一次電池一次電池 練：寫出練：寫出鋅錳干電池鋅錳干電池的電極反應(yīng)和總化學(xué)反的電極反應(yīng)和總化學(xué)反 應(yīng)方程式。應(yīng)方程式。 負(fù)極負(fù)極 正極正極 總反應(yīng)總反應(yīng) 通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變 化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？ _我們在我們在 使用干電池的過程

5、中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，使用干電池的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生， 請推測可能是干電池中的什么成分起了作用？請推測可能是干電池中的什么成分起了作用？ Zn-2e-=Zn2+ 2NH4+2e-=2NH3+H2 ， ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O 鋅筒變軟，電池表面變得不平整鋅筒變軟，電池表面變得不平整 MnO2 Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O 一、一次電池一、一次電池(干電池干電池) 2. 堿性鋅錳電池 鋅粉和KOH 的混合物 MnO2

6、 金屬外殼 負(fù)極是Zn： Zn+2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正極是MnO2： 2MnO2+ 2H2O+ 2e- = 2MnOOH +2OH- 電池總反應(yīng)： Zn+2MnO2+2H2O= 2MnOOH+Zn(OH)2 干電池干電池 負(fù)極負(fù)極: Zn2e-Zn2 普通鋅錳干電池：普通鋅錳干電池：（-）Zn ZnCl2、NH4Cl（糊狀） （糊狀） 石墨 石墨( nO2)(+） ） 正極正極: 2NH4+2e-2NH3H2 總電池反應(yīng)方程式總電池反應(yīng)方程式 ：2NH4ClZnZnCl22NH3H2 缺點：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液缺點：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液 改進(jìn)后堿性

7、鋅錳電池的優(yōu)點：改進(jìn)后堿性鋅錳電池的優(yōu)點： 電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍，不會氣漲或漏液。電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍，不會氣漲或漏液。 二氧化錳的用途二氧化錳的用途 Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 一、一次電池一、一次電池(干電池干電池) 3. 鋅銀電池 負(fù)極是Zn： Zn+2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正極是Ag2O： Ag2O +H2O + 2e- = 2Ag +2OH- 電池總反應(yīng)： Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2 教材上的寫法 Zn+2OH- - 2e- = ZnO+H2O Ag2O +H2O + 2e- = 2Ag +2

8、OH- Zn+Ag2O=2Ag+ZnO 3 3、鋰電池、鋰電池 鋰電池：鋰電池：（- -）LiLi（ （S S） LiI LiI（晶片） （晶片） I I2 2(+ (+） 鋰亞硫酰氯電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S 負(fù)極：負(fù)極： ；正極：；正極： 。 用途：質(zhì)輕、高能用途：質(zhì)輕、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工 作溫度寬、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。作溫度寬、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和

9、航空領(lǐng)域。 8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32- 2-+2S +2S 鉛蓄電池、鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電 池池 1.鉛蓄電池鉛蓄電池 1)正負(fù)極材料正負(fù)極材料 正極：正極：PbO2負(fù)極：負(fù)極：Pb 2)工作機(jī)制工作機(jī)制 電解質(zhì)：電解質(zhì)：H2SO4溶液溶液 鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應(yīng)鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應(yīng) 分為放電和充電兩個過程分為放電和充電兩個過程 二、二次電池二、二次電池 放電過程總反應(yīng)：放電過程總反應(yīng)： Pb(s)+P

10、bO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s) 正極：正極： PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =PbSO4 (s) +2H2O 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)還原反應(yīng) 負(fù)極：負(fù)極： 放電過程放電過程 鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程逆過程 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l) 充電過程充電過程 PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 還原反應(yīng)還原反應(yīng) 陰極：陰極： 陽極：陽極： PbSO4 (s)+2H2O -2e-

11、 = PbO2(s) + 4H+ + SO42- 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 接電源負(fù)極接電源負(fù)極 接電源正極接電源正極 充電過程總反應(yīng)：充電過程總反應(yīng)： 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程： 放電放電 充電充電 3)優(yōu)缺點簡析優(yōu)缺點簡析 缺點：缺點： 比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境 優(yōu)點：優(yōu)點： 可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、 價格低廉價格低廉 其它二次電池其它二次電池 鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰鎳鎘電池、鎳氫電池、

12、鋰離子電池、聚合物鋰 離子蓄電池離子蓄電池 2 2、銀鋅蓄電池、銀鋅蓄電池 正極殼填充正極殼填充AgAg2 2O O和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合 金，電解質(zhì)溶液金，電解質(zhì)溶液KOHKOH。反應(yīng)式為：。反應(yīng)式為： 2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 寫出電極反應(yīng)式。寫出電極反應(yīng)式。 充電充電 放電放電 銀銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的 充電和放電過程可以表示為：充電和放電過程可以表示為： 2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O 放電放電 充電充電 此

13、電池放電時，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（此電池放電時，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（ ） A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn D 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： 負(fù)極：負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正極：正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH- 3 3、鎘鎳電池、鎘鎳電池 NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放電電 充電充電 負(fù)極材料：負(fù)極材料：CdCd； 正極材料：正極材料：涂有涂有NiONiO2 2， 電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOHKOH溶液。溶液。 反應(yīng)式如下：反應(yīng)式如下： 寫出電極反應(yīng)式。寫出電極反應(yīng)式。 特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。特

14、點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。 鎳鎳鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)： Cd+2NiO(OH)+2H2O 由此可知，該電池的負(fù)極材料是由此可知，該電池的負(fù)極材料是 Cd(OH)2+2Ni(OH)2 放電放電 充電充電 A. Cd （ A ） B. NiO(OH) D. Ni(OH)2C. Cd(OH)2 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： 負(fù)極：負(fù)極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正極：正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH- 二、二次電池二、二次電池(充電電池、蓄電池充電電池、蓄電池) 3. 鋰電池 鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為 負(fù)極材料

15、、使用非水電解質(zhì)溶液的 電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉 大的發(fā)明家愛迪生。 由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?， 使得鋰金屬的加工、保存、使用， 對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池 長期沒有得到應(yīng)用。 隨著二十世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展， 小型化的設(shè)備日益增多，對電源提 出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入 了大規(guī)模的實用階段。 二、二次電池二、二次電池(充電電池、蓄電池充電電池、蓄電池) 4. 鋰電池 鋰電池也叫鋰離子電池 鋰離子電池目前由液態(tài)鋰離子電 池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB) 兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指 Li+嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電 池。正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2或 LiMn2O4，

16、負(fù)極采用鋰-碳層間化合 物。鋰離子電池由于工作電壓高、 體積小、質(zhì)量輕、能量高、無記憶 效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽 命長，是21世紀(jì)發(fā)展的理想能源。 鋰離子電池發(fā)展簡史鋰離子電池發(fā)展簡史 鋰電池和鋰離子電池是鋰電池和鋰離子電池是20世紀(jì)開發(fā)成功世紀(jì)開發(fā)成功 的新型高能電池。這種電池的負(fù)極是金屬的新型高能電池。這種電池的負(fù)極是金屬 鋰，正極用鋰，正極用MnO2，SOCl2，(CFx)n等。等。70 年代進(jìn)入實用化。因其具有能量高、電池年代進(jìn)入實用化。因其具有能量高、電池 電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等 優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于軍事和民用小型電器優(yōu)點，已廣泛

17、應(yīng)用于軍事和民用小型電器 中，如移動電話、便攜式計算機(jī)、攝像機(jī)、中，如移動電話、便攜式計算機(jī)、攝像機(jī)、 照相機(jī)等、部分代替了傳統(tǒng)電池。照相機(jī)等、部分代替了傳統(tǒng)電池。 大有發(fā)展前景的燃料電池大有發(fā)展前景的燃料電池 燃料電池燃料電池是利用是利用氫氣、天然氣、甲醇?xì)錃?、天然氣、甲醇等燃等?料與料與氧氣或空氣氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的 化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃燃 料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近80%80%，約為火力發(fā)，約為火力發(fā) 電的電的2 2倍倍。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太。這是因為火力

18、發(fā)電中放出的廢熱太 多。燃料電池的多。燃料電池的噪聲噪聲及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等 廢氣污染都接近零廢氣污染都接近零；燃料電池發(fā)明于燃料電池發(fā)明于1919世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代 末，經(jīng)反復(fù)試驗、改進(jìn)，到末，經(jīng)反復(fù)試驗、改進(jìn)，到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代才開始進(jìn)入年代才開始進(jìn)入 實用階段。第一代燃料電池的實用階段。第一代燃料電池的 大致情況如下：大致情況如下： ( (三三) )燃料電池燃料電池 氫氧燃料電池氫氧燃料電池 新型燃料電池新型燃料電池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全 部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外部貯藏在電池內(nèi)，而是在

19、工作時，不斷從外 界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池 三、燃料電池三、燃料電池 以磷酸為電解質(zhì)溶液時： 負(fù)極： 2H2 4e- = 4H+ 正極： O2+ 4H+ +4e- =2H2O 總反應(yīng)： 2H2 +O2 =2H2O 三、燃料電池三、燃料電池 以KOH為電解質(zhì)溶液時： 負(fù)極： 2H2 +4OH- 4e- = 2H2O 正極： O2+ 2H2O +4e- =4OH- 總反應(yīng)： 2H2 +O2 =2H2O 燃燃 料料 電電 池池 介質(zhì) 電池反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 酸性負(fù)極 正極 中性負(fù)極 正極 堿性負(fù)極 正極 2H2 - 4e- = 4H+

20、 O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 固體燃料電池固體燃料電池 介質(zhì)介質(zhì) 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 負(fù)負(fù) 極極 正正 極極 負(fù)負(fù) 極極 正正 極極 2H2 - 4e- +2O2 = 2H2O O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 將鉑絲插入將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電溶液作電極，然后向兩個電 極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，

21、極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池， 由于發(fā)生的反應(yīng)類似于甲烷的燃燒，所以稱由于發(fā)生的反應(yīng)類似于甲烷的燃燒，所以稱 作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實質(zhì)判斷，作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實質(zhì)判斷， 通入甲烷的一極為通入甲烷的一極為_，這一極的電極反應(yīng)，這一極的電極反應(yīng) 為為_；通入氧氣的一極；通入氧氣的一極 為為_，電極反應(yīng)為，電極反應(yīng)為 _，總，總 反應(yīng)為反應(yīng)為_。 負(fù)極負(fù)極 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 正極正極 O2+4e-+2H2O=4OH- CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 若將氫氣換成甲烷，若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應(yīng)寫出各電極的電極反應(yīng)

22、 電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式書寫書寫應(yīng)注意以下幾點：應(yīng)注意以下幾點： 1 1電極反應(yīng)一般寫成離子反應(yīng)。電極反應(yīng)一般寫成離子反應(yīng)。 2 2正極反應(yīng)正極反應(yīng) + + 負(fù)極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng) = = 總反應(yīng)式總反應(yīng)式 3 3氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的確定與電解質(zhì)溶液氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的確定與電解質(zhì)溶液 有關(guān)。例如：在有關(guān)。例如：在堿性溶液中，堿性溶液中，COCO2 2以以CO32 形式存在）形式存在）. . 電極反應(yīng)式書寫電極反應(yīng)式書寫步驟：步驟： 1.1.找物質(zhì)，標(biāo)得失；找物質(zhì)，標(biāo)得失； 2.2.選離子，平電荷；選離子，平電荷； 3.3.配個數(shù)，巧用水配個數(shù)，巧用水 1 1、僅有一個電極材料參與反應(yīng)的原電池：僅有一

23、個電極材料參與反應(yīng)的原電池： 負(fù)極：負(fù)極：M-xe=MM-xe=Mx+ x+ 正極：析氫或 正極：析氫或吸氧吸氧或析出不活潑金屬或析出不活潑金屬 2 2、兩個電極均參與反應(yīng)的原電池、兩個電極均參與反應(yīng)的原電池 （如蓄電池，紐扣電池）（如蓄電池，紐扣電池） 電極材料：金屬為負(fù)極，金屬化合物為正電極材料：金屬為負(fù)極，金屬化合物為正 極極 電子得失均由兩電極本身發(fā)生電子得失均由兩電極本身發(fā)生 電極反應(yīng)需考慮電解質(zhì)溶液的參與電極反應(yīng)需考慮電解質(zhì)溶液的參與 小結(jié)小結(jié) 3 3、電極材料本身均不參與反應(yīng)的電池（燃料電池）、電極材料本身均不參與反應(yīng)的電池（燃料電池） 兩電極材料均為惰性電極兩電極材料均為惰性電

24、極 負(fù)極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得負(fù)極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得 電子電子 電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液 1 1、在含有、在含有H H2 2S S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了 AgAg2 2S S），為了除去銀器表面），為了除去銀器表面AgAg2 2S S，可采用如下方法：在一，可采用如下方法：在一 個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使 銀器與鋁接觸良好過一段時間，銀器表面變?yōu)殂y白色，銀器與鋁接觸良好過一段時間，銀器表面變?yōu)殂y白色， 并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成， 請用電極反應(yīng)式和離子方程式表示上述過程請用電極反應(yīng)式和離子方程式表示上述過程 鞏 固 練 習(xí) Al-3e-=Al3+ Ag2S+2e-=2Ag+S2- 2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S 3.3.鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能 量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰 電池，某種鋰電池的總反