高中化學(xué)人教選修44.2化學(xué)電源

1、 第二節(jié) 化學(xué)電源12341.1.了解化學(xué)電源的種類及其工作原理，知道化學(xué)電了解化學(xué)電源的種類及其工作原理，知道化學(xué)電源在生產(chǎn)、生活和國防中的實(shí)際應(yīng)用。源在生產(chǎn)、生活和國防中的實(shí)際應(yīng)用。2.2.認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要作用。作用。5在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其他應(yīng)用嗎？你知道電池的其他應(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)

2、生的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)換為電能的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電能的裝置裝置6普通鋅錳電池普通鋅錳電池堿性電池堿性電池 鎳鎳鎘鎘電電池池小型高性能燃料電池小型高性能燃料電池 鋰離子電池鋰離子電池 鎳氫電池鎳氫電池 7化學(xué)電池的分類化學(xué)電池的分類一次電池：一次電池：活性物質(zhì)消耗到一定程度，就不能使用，其電活性物質(zhì)消耗到一定程度，就不能使用，其電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫干電池，如鋅錳電池；解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫干電池，如鋅錳電池；二次電池：二次電池：放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，又叫放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，又叫充電電池或蓄電池，如鉛蓄電池、

3、鎘鎳電池、氫鎳電池、充電電池或蓄電池，如鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋅銀電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池；鋅銀電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池；燃料電池：燃料電池：一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池，如氫氧燃料電池。電能的化學(xué)電池，如氫氧燃料電池。8能量轉(zhuǎn)化率較高；能量轉(zhuǎn)化率較高；供能穩(wěn)定可靠；供能穩(wěn)定可靠；可以制成各種形狀和大小、不同容量的電池及電池組；可以制成各種形狀和大小、不同容量的電池及電池組；使用方便，易于維護(hù)，并可在各種環(huán)境下工作。使用方便，易于維護(hù)，并可在各種環(huán)境下工作。電池的優(yōu)點(diǎn)電池的優(yōu)點(diǎn)9衡量電池優(yōu)劣的指標(biāo)

4、衡量電池優(yōu)劣的指標(biāo)比能量：比能量：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位：單位：(Wh)/kg,(Wh)/L(Wh)/kg,(Wh)/L比功率：比功率：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位：單位：W/kg,W/LW/kg,W/L儲(chǔ)存時(shí)間：儲(chǔ)存時(shí)間：電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長短電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長短10一、一次電池一、一次電池 1.1.堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池放電之后不能充電放電之后不能充電( (內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)不可逆內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)不可逆) ) 堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池11（1 1）普通鋅錳電池

5、：）普通鋅錳電池：活性物質(zhì)為活性物質(zhì)為NHNH4 4ClCl和淀粉糊，做電和淀粉糊，做電解質(zhì)，還填有解質(zhì)，還填有MnOMnO2 2和炭黑。電極反應(yīng)式：和炭黑。電極反應(yīng)式：負(fù)負(fù) 極：極：Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+正正 極：極：2NH2NH4 4+ +2e+2e- -+2MnO+2MnO2 2=Mn=Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn + 2NHZn + 2NH4 4+ +2MnO+2MnO2 2=Zn=Zn2+2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O鋅錳電池工作原理鋅錳電池工作原理12（2 2

6、）堿性鋅錳電池）堿性鋅錳電池：活性物質(zhì)為：活性物質(zhì)為KOHKOH和淀粉糊，做電解和淀粉糊，做電解質(zhì)，還填有質(zhì)，還填有MnOMnO2 2和炭黑。電極反應(yīng)式：和炭黑。電極反應(yīng)式：負(fù)負(fù) 極：極：Zn-2eZn-2e- -+2OH+2OH- - =Zn(OH)=Zn(OH)2 2正正 極：極：2MnO2MnO2 2+2e+2e- -+2H+2H2 2O=2MnOOH+2OHO=2MnOOH+2OH- -總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=2MnOOH+Zn(OH)O=2MnOOH+Zn(OH)2 2132.2.銀鋅電池銀鋅電池總反應(yīng)式總反應(yīng)式: : Zn+AgZn+

7、Ag2 2O+HO+H2 2O=2Ag+Zn(OH)O=2Ag+Zn(OH)2 2電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式: : 負(fù)極負(fù)極: : Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=Zn(OH)=Zn(OH)2 2 正極正極: : AgAg2 2O+HO+H2 2O+2eO+2e- -=2Ag+2OH=2Ag+2OH- - 電解液電解液: KOH: KOH溶液溶液這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長，適宜小電流這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式微型電池，廣泛用于電子手表、連續(xù)放電，常制成紐扣式微型電池，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。照相機(jī)、

8、計(jì)算器和其他微型電子儀器。143.3.鋰電池鋰電池（- -）LiLi（S S） LiILiI（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：用途：質(zhì)輕、高能質(zhì)輕、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、寬工作溫度、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。寬工作溫度、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。8Li-8e8Li-8e- -=8L

9、i=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S15二、二次電池二、二次電池 化學(xué)能化學(xué)能電能電能 放電放電 充電充電 16放電過程總反應(yīng)放電過程總反應(yīng)Pb(s)+PbOPb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)=2PbSO(aq)=2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)O(l) Pb(s) + SOPb(s) + SO4 42-2-(aq)-2e(aq)-2e- - =PbSO =PbSO4 4(s)(s)正極：正極：PbOPbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +(aq

10、)+SO(aq)+SO4 42-2-(aq)+2e(aq)+2e- - =PbSO=PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)O(l) 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)的逆過程逆過程鉛蓄電池工作原理鉛蓄電池工作原理17充電過程充電過程PbSOPbSO4 4 (s) +2e (s) +2e- -=Pb(s) + SO=Pb(s) + SO4 42-2-(aq)(aq) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)陰極陰極陽極陽極 PbSOPbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)-2eO(l)-2e- -=PbO

11、=PbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +(aq)+SO(aq)+SO4 42-2-(aq)(aq) 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)：2PbSO2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)=Pb(s)+PbOO(l)=Pb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)(aq)鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程：2PbSO2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l) Pb(s)+PbOO(l) Pb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)(aq)放電放電

12、充電充電18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)格低廉其他二次電池其他二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池電池19三、燃料電池三、燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。換成電能的化學(xué)電池。 酸性電解質(zhì)：酸性電解質(zhì)：堿性電解質(zhì)堿性電解質(zhì)負(fù)極負(fù)極: 2H: 2H2 2-4e-4e-

13、-+4OH+4OH- -=4H=4H2 2O O正極正極: O: O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -總反應(yīng)總反應(yīng): 2H: 2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O負(fù)極：負(fù)極：2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ +正極：正極：O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O20燃料電池的規(guī)律燃料電池的規(guī)律燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作

14、用。能量轉(zhuǎn)化率高能量轉(zhuǎn)化率高( (超過超過80%80%) )，普通的只有，普通的只有30%30%，有利于節(jié)約能源。有利于節(jié)約能源。燃料電池與前幾種電池的差別燃料電池與前幾種電池的差別氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出; ;21化化學(xué)學(xué)電電源源堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池銀鋅電池銀鋅電池鋰電池鋰電池一次電池一次電池鉛蓄電池鉛蓄電池二次電池二次電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池燃料電池燃料電池構(gòu)造構(gòu)造工作原理工作原理特點(diǎn)特點(diǎn)221.1.一種新燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；一種新燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜

15、氧化釔（電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y Y2 2O O3 3）的氧化鋯（）的氧化鋯（ZrOZrO2 2）晶體）晶體, ,在熔融在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)狀態(tài)下能傳導(dǎo)O O2 2。下列對該燃料電池說法正確的是（。下列對該燃料電池說法正確的是（ ）A.A.在熔融電解質(zhì)中，在熔融電解質(zhì)中，O O2-2-由負(fù)極移向正極由負(fù)極移向正極B.B.電池的總反應(yīng)是：電池的總反應(yīng)是：2C2C4 4H H1010+13O+13O2 2 = 8CO = 8CO2 2+10H+10H2 2O OC.C.通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：O O2 2+4e+4e- - =2O=2O2-2-D.D.通入丁

16、烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：C C4 4H H1010+26e+26e- -+ 13O+ 13O2-2- = 4CO = 4CO2 2 + 5H + 5H2 2O OBCBC232.2.高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總比，該電池能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：反應(yīng)為：下列敘述不正確的是（下列敘述不正確的是（ ）A.A.放電時(shí)每轉(zhuǎn)移放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3 mol3 mol電子，正極有電子，正極有1 mol K1 mol K2 2FeOFeO4 4

17、被氧化被氧化B.B.充電時(shí)陽極反應(yīng)為：充電時(shí)陽極反應(yīng)為： Fe(OH)Fe(OH)3 3 - 3e- 3e- - + 5OH+ 5OH- - = FeO= FeO4 42- 2- + 4H+ 4H2 2O OC.C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：Zn-2eZn-2e- -+2OH+2OH- -= Zn(OH)= Zn(OH)2 2D.D.放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)放電放電充電充電 3Zn+2K 3Zn+2K2 2FeOFeO4 4+8H+8H2 2O 3Zn(OH)O 3Zn(OH)2 2+2Fe(OH)+2Fe(OH)3 3+ 4KOH+ 4KOHA A243.3.某可充電的鋰離子電池以某可充電的鋰離子電池以LiMnLiMn2 2O O4 4為正極，嵌入鋰的碳為正極，嵌入鋰的碳材料為負(fù)極，含材料為負(fù)極，含LiLi+ +導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池反應(yīng)為：反應(yīng)為：Li + LiMnLi