第二節(jié)化學(xué)電源lh

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2世界上第一塊電池世界上第一塊電池-伏打電池伏打電池這就是公元這就是公元 1800 年，年，科學(xué)家伏打制造出的科學(xué)家伏打制造出的第一個電池。他把含第一個電池。他把含食鹽水的濕抹布，夾食鹽水的濕抹布，夾在銀和鋅的圓形板中在銀和鋅的圓形板中間，堆積成圓柱狀，間，堆積成圓柱狀，制造出最早的電池制造出最早的電池伏打電池（伏打電堆）伏打電池（伏打電堆）3鋅銅原電池工作原理鋅銅原電池工作原理4如何解決原電池存在的電流電壓不穩(wěn)定、如何解決原電池存在的電流電壓不穩(wěn)定、下降快、效率低的問題？下降快、效率低的問題？5此電池的優(yōu)點：此電池的優(yōu)點：能產(chǎn)生

2、持續(xù)、能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。穩(wěn)定的電流。1836年丹尼爾改進(jìn)后的伏打電池年丹尼爾改進(jìn)后的伏打電池61860 年，法國的雷克蘭士發(fā)明了世界上廣年，法國的雷克蘭士發(fā)明了世界上廣受使用的電池（鋅錳電池）的前身受使用的電池（鋅錳電池）的前身鋅錳鋅錳“濕電池濕電池”（即碳鋅電池）。（即碳鋅電池）。1887 年，英國人赫勒森發(fā)明了最早的干電池。年，英國人赫勒森發(fā)明了最早的干電池。干電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，干電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。于是，干電池誕生了。因此獲得了廣泛應(yīng)用。于是，干電池誕生了。鋰電池鋰電池干電池干電池疊層電池疊層電池紐扣電池紐扣電池各各類類

3、電電池池知識點知識點1：各類電池：各類電池學(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產(chǎn)生的熱將放射性同位素自然衰變時產(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、氫鎳鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池等。電池、鋰離子電池等。

4、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。化、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。閱讀課本閱讀課本P74【思考思考】目前化學(xué)電池主要分為哪幾個大類？目前化學(xué)電池主要分為哪幾個大類？ 在性能等方面它們各有什么特點？在性能等方面它們各有什么特點？ 產(chǎn)生電能的基本原理是什么？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？知識點知識點2：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

5、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)點優(yōu)點: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?？梢灾瞥筛鞣N形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，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。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。比能量比能量符號符號(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功率比功率符號

6、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間的長短電池的儲存時間的長短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)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

7、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：寫出鋅錳干電池的電極反應(yīng)和總化學(xué)反應(yīng)方程練：寫出鋅錳干電池的電極反應(yīng)和總化學(xué)反應(yīng)方程式。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化判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？斷它已經(jīng)不能正常供電了？_我們在使用干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，請推測可能電池

8、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？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MnO2Zn+2MnOZn+2MnO2 + 2NH + 2NH4Cl = ZnClCl = ZnCl2+ Mn+ Mn2O O3+2NH+2NH3+H+H2O O2.堿性鋅堿性鋅-錳干電池錳干電池負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：電池總反應(yīng)電池總反應(yīng)：電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOH溶液溶液ZnZnMnOMnO2 2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH

9、)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)思考該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì) Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)22 2、銀鋅電池、銀鋅電池 正極殼填充正極殼填充AgAg2 2O O和石墨和石墨，負(fù)極蓋填充，負(fù)極蓋填充鋅汞合鋅汞合金金，電解質(zhì)，電解質(zhì)KOHKOH溶液溶液。總反應(yīng)式為：?？偡磻?yīng)式為： Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2寫出電極反應(yīng)式寫出電極反應(yīng)式。Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： 負(fù)極：負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn

10、(OH)2 正極：正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-鉛蓄電池、鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池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電和充電兩個過程放電過程總反應(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) + 4

11、H+SO42- +2e- =2PbSO4 (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) + 4H+ 2SO42- 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

12、)=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【鉛蓄電池優(yōu)缺點簡析鉛蓄電池優(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、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池離子蓄電池鎳鎳鎘（鎘（KOH）可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：）可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2放電放

13、電充電充電電極反應(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-3 3、鎘鎳電池、鎘鎳電池大有發(fā)展前景的燃料電池大有發(fā)展前景的燃料電池 燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的料與氧氣或空氣進(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。目前燃化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近能量轉(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。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太倍。這是

14、因為火力發(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲及硫氧化物、氮氧化物等多。燃料電池的噪聲及硫氧化物、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： 新型燃料電池新型燃料電池 燃料電池不是把燃料電池不是把還原劑還原劑、氧化劑氧化劑物質(zhì)全物質(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，

15、同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池在不同環(huán)境下：氫氧燃料電池在不同環(huán)境下：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

16、，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)電池的發(fā)展方向電池的發(fā)展方向 光電池使用方便光電池使用方便, ,特別是近年來特別是近年來 微小型半導(dǎo)體逆變器微小型半導(dǎo)體逆變