化學(xué)：42《化學(xué)電源》

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置知識點知識點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

2、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，可在各種環(huán)境下工作。易維護，可在各種環(huán)境下工作。比能量比能量 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/kg，W/

3、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電電池池知識點知識點2：各類電池：各類電池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

4、放出的H H2 2，防止產(chǎn)生極化，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象?，F(xiàn)象。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)反應(yīng)方程的電極反應(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斷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？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+鋅筒變軟，電池表

5、面變得不平整鋅筒變軟，電池表面變得不平整MnO2 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2NH4+2e-=2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2OZn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O 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：電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：電解夜：電解夜：KOH溶液溶液ZnZnMnOMnO2 2和和C CZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+

6、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) 改進后堿性鋅錳電池的優(yōu)點：電流穩(wěn)定，放電容量、改進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。時間增大幾倍，不會氣漲或漏液。3.3.銀鋅電池銀鋅電池總反應(yīng)式總反應(yīng)式: : ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2 電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式: 負(fù)極負(fù)極: Zn2OH2e-Zn(OH)2 正極正極: Ag2OH2O2e-2Ag2OH 電解液電解液: KOH溶液溶液 這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時間長，適這種電池比能量大、電壓穩(wěn)

7、定，儲存時間長，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電子手表、照相機、計算器和其他微型電子儀器。子手表、照相機、計算器和其他微型電子儀器。4.4.鋰電池鋰電池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

8、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-+2S+2S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)工作機制工作機制電解質(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放電和充電兩個過程( (二二) )二次電池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(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)

9、Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正極：正極：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(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Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l) 充電過程充電過程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)陰極：陰極：陽極：陽極：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s

10、) + 4H+(aq) + SO42-(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)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)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、鋰離子電池、聚合物鋰離子

11、蓄電池離子蓄電池銀銀-鋅蓄電池鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的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，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.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+2OH-正極殼填充正極殼填充AgAg2 2O O和石墨，和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液KOHK

12、OH。鎳鎳-鎘可充電電池鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：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-負(fù)極材料：負(fù)極材料：CdCd；正極材料：涂有正極材料：涂有NiONiO2 2，電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOHKOH溶液溶液(三三)燃料電池燃料電池 燃料燃料 O O2 2 電

13、解質(zhì)電解質(zhì)溶液溶液 電極材料電極材料 ：多孔性鎳、鉑多孔性鎳、鉑 電電解質(zhì)溶液解質(zhì)溶液 ：KOHKOH等強堿、等強堿、 H H2 2SOSO4 4等強酸、等強酸、NaClNaCl等鹽溶液等鹽溶液1 1、燃料電池的構(gòu)成、燃料電池的構(gòu)成 常見燃料：常見燃料：H H2 2、NHNH3 3、COCO、CHCH4 4、CHCH3 3OHOH等等 氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出；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，有利于節(jié)約能源。于節(jié)約能源。燃料電池與前幾種電池的差別：燃料電池

14、與前幾種電池的差別：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)電子的作用。再寫正極再寫正極 反應(yīng)：反應(yīng)：O22H2O4e4OH 酸性酸性 先寫總反應(yīng)：燃料在氧氣中的燃燒先寫總反應(yīng)：燃料在氧氣中的燃燒2 2、燃料電池的電極反應(yīng)的書寫、燃料電池的電極反應(yīng)的書寫若有若有CO2生成，且電解質(zhì)為強堿時，生成，且電解質(zhì)為強堿時，考慮考慮CO2+2OH=CO32+H2OO24H+4e 2H2O 堿性堿性 最后寫負(fù)極反應(yīng)：最后寫負(fù)極反應(yīng)： 總反應(yīng)減去正極反應(yīng)總反應(yīng)減去正極反應(yīng)e-e-H

15、2O2氫氧燃料電池氫氧燃料電池負(fù)極負(fù)極:2H2 - 4e- = 4H+正極正極:O2 + 4H+4e- = 2H2O總反應(yīng)總反應(yīng):2H2 + O2 = 2H2O電解質(zhì)溶液為酸性電解質(zhì)溶液為酸性:電解質(zhì)溶液為堿性電解質(zhì)溶液為堿性:負(fù)極負(fù)極:2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O正極正極:O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-總反應(yīng)總反應(yīng):2H2 + O2 = 2H2OAPt(-)Pt(+)氫氧燃料電池工作原理氫氧燃料電池工作原理負(fù)極室負(fù)極室正極室正極室隔膜隔膜電解質(zhì)電解質(zhì)溶液溶液 CH4燃料電池燃料電池 用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩溶液

16、中，然后向兩極分別通入極分別通入CH4和和O2，該電池的反應(yīng)式為：，該電池的反應(yīng)式為： 負(fù)極：負(fù)極：CH410OH8e=CO327H2O 正極：正極：2O24H2O8e=8OH 總反應(yīng)式總反應(yīng)式：CH42O22OH=CO323H2O烴類燃料電池?zé)N類燃料電池負(fù)極：負(fù)極：2C4H1026O252e=8CO210H2O正極：正極：13O252e=26O2總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2C4H1013O2=8CO210H2O 用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入用導(dǎo)線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向溶液中，然后向兩極分別通入兩極分別通入CH3OH(或乙醇或乙醇)和和O2，則發(fā)生了原電，則發(fā)生了原電池反應(yīng)。池反應(yīng)。

17、甲醇電池的反應(yīng)式為：甲醇電池的反應(yīng)式為：負(fù)極：負(fù)極：2CH3OH12e16OH=2CO3212H2O正極：正極：3O26H2O12e=12OH總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2CH3OH3O24OH=2CO326H2O醇類燃料電池醇類燃料電池 熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視。熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎每捎肔i2CO3和和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)?，空氣與為負(fù)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為正極助燃?xì)猓幕旌蠚鉃檎龢O助燃?xì)?，制得在制得?50 下工作的燃料電池，該原電池的反應(yīng)式下工作的燃料電池，該原電池的反應(yīng)式為：為：

18、負(fù)極：負(fù)極：2CO2CO324e=4CO2 正極：正極：O22CO24e=2CO32 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2COO2=2CO2熔融鹽燃料電池熔融鹽燃料電池1、用兩根鉑絲作電極插入、用兩根鉑絲作電極插入KOH溶液中，再分別向兩極通入甲烷氣體溶液中，再分別向兩極通入甲烷氣體和氧氣，可形成原電池和氧氣，可形成原電池燃料電池，該電池放電時發(fā)生的反應(yīng)為燃料電池，該電池放電時發(fā)生的反應(yīng)為CH42KOH2O2=K2CO33H2O，下列說法錯誤的是，下列說法錯誤的是() A通甲烷的一極為負(fù)極，通氧氣的一極為正極通甲烷的一極為負(fù)極，通氧氣的一極為正極 B放電時，通入放電時，通入O2一極附近溶液的一極附近溶液的pH升高升高 C放電一段時間后，放電一段時間后，KOH的物質(zhì)的量不發(fā)生變化的物質(zhì)的量不發(fā)生變化 D通甲烷極的電極反應(yīng)式是：通甲烷極的電極反應(yīng)式是：CH410OH8e=CO327H2O解析：解析：原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，由總原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，由總反應(yīng)式知，此燃料電池的電極反應(yīng)式是：反應(yīng)式知，此燃料電池的電極反應(yīng)式是：正極：正極：2O24H2O8e=8OH負(fù)極：負(fù)極：CH410OH8e=CO327H2O由此可見由此可見A、B、D正確，正確，C錯誤。錯誤。C 2、固體氧化物燃料電池是由美國西屋、固體氧化物燃料電池是由美國西屋(Westin