第四章電化學(xué)基礎(chǔ)】第4章第2節(jié)

1、第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源2021年年9月月23日星期四日星期四學(xué)與問學(xué)與問在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？道電池的其它應(yīng)用嗎？ 電池電池化學(xué)電池化學(xué)電池太陽能電池太陽能電池原子能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置堿性鋅錳電池、鋅銀電池、堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳鉛蓄

2、電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池等。電池、鋰離子電池等。廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品?；?、辦公及家用電子產(chǎn)品。高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。有特殊應(yīng)用。知識點(diǎn)知識點(diǎn)1 1：化學(xué)電池：化學(xué)電池1)概念概念:將化學(xué)能變成電能的裝置將化學(xué)能變成電能的裝置2)分類分類:一次電池又稱不可充電電池一次電池又稱不可充電電池如：干電池如：干電池二次電池又稱充電電池二次電池又稱充電電池蓄電池蓄電池燃料電池燃料電池3)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):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?？梢灾瞥筛?/p>

3、種形狀和大小、不同容量和電壓的電池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。比較比較能量大小能量大小 符號符號(Wh/kg)，(Wh/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比較較功率功率大小大小符號是符號是W/kg，W/L)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電池的儲存時(shí)間的長短電池的儲存時(shí)間的長短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)

4、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

5、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M

6、nO2Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O堿性鋅堿性鋅-錳干電池錳干電池負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOHZnZnMnOMnO2 2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)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

7、：（-）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(diǎn)：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液缺點(diǎn)：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液 改進(jìn)后堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：改進(jìn)后堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)： 電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍，不會氣漲或漏液。電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)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鋰電池鋰電池鋰電池：鋰電池：（- -）LiLi（S S） LiILiI（晶片）（晶片

8、） 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)用于軍事和航空領(lǐng)域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2

9、-+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：Pb2)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)分為放電和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(gè)過程充電兩個(gè)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)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正極：正極：PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =2P

10、bSO4 (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：2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ + 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(

11、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(diǎn)簡析優(yōu)缺點(diǎn)簡析缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：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(jià)格低廉價(jià)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、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：2

12、Ag+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電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD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+

13、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(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。特點(diǎn)：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

14、) 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-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、甲醇等燃等燃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(shí)釋放出來的進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)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?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱

15、太。這是因?yàn)榛鹆Πl(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(yàn)、改進(jìn)，到末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、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(shí)用階段。第一代燃料電池的實(shí)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) )燃料電池燃料電池燃料電池燃料電池 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，用，對環(huán)境友好對環(huán)境友好 用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊負(fù)極負(fù)極 : 2

16、H2+4OH-4e-4H2O 正極正極 : O2+2H2O4e-4OH- 總反應(yīng)方程式總反應(yīng)方程式 ： 2H2O22H2O（- -）NiNi（多孔）（多孔） KOHKOH（溶液）（溶液） NiONiO2 2 (+ (+） 燃燃 料料 電電 池池介質(zhì)電池反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 酸性酸性負(fù)極正極中性中性負(fù)極 正極堿性堿性負(fù)極正極2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 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

17、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 航天技術(shù)上使用的一種電航天技術(shù)上使用的一種電池，它具有高能、輕便、池，它具有高能、輕便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。用不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。用PtPt做電極，做電極，KOHKOH溶液做電解溶液做電解液，因其反應(yīng)與氫氧燃燒液，因其反應(yīng)與氫氧燃燒相似，故稱為氫氧燃燒電相似，故稱為氫氧燃燒電池。請寫出各電極的電極池。請寫出各電極的電極反應(yīng)。反應(yīng)。氫氧燃料電池氫氧燃料電池若將氫氣換成甲烷，若將氫

18、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)PtPt電極電極H2O2氫氧燃料電池模擬氫氧燃料電池模擬KOH將鉑絲插入將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個(gè)電溶液作電極，然后向兩個(gè)電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，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(shí)質(zhì)判斷，作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實(shí)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)書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1 1電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的所有規(guī)則（如子反應(yīng)的