選修四42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 1 1、在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些、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？電池，你知道電池的其它應(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將化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電能電能的裝置的裝置將將太陽能太陽能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電能電能的裝置的裝置將將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能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)橥ㄟ^熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置電能的裝置堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鉛堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子

2、電池等。鋰離子電池等。廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品。高科技、辦公及家用電子產(chǎn)品。高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。學(xué)與問學(xué)與問學(xué)與問學(xué)與問2 2、目前、目前化學(xué)電池化學(xué)電池主要分為哪幾個(gè)大類？主要分為哪幾個(gè)大類？ 在性能等方面它們各有什么特點(diǎn)？在性能等方面它們各有什么特點(diǎn)？ 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(diǎn)？化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 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？（教材（教材P74P74）化學(xué)電池化學(xué)電池一次電池一次電池二次電

3、池二次電池燃料電池燃料電池定義及定義及特點(diǎn)特點(diǎn)例子例子、化學(xué)電池分類、化學(xué)電池分類又稱又稱不可充電不可充電電池電池或或干電池干電池，電池中的反應(yīng)電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次物質(zhì)進(jìn)行一次氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)并放電后就不并放電后就不能再次利用能再次利用又稱又稱充電電池充電電池或或蓄電池蓄電池，在放電，在放電后經(jīng)充電可使電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)池中的活性物質(zhì)獲得重生，恢復(fù)獲得重生，恢復(fù)工作能力，可多工作能力，可多次重復(fù)使用次重復(fù)使用一種能連續(xù)地一種能連續(xù)地將燃料和氧化將燃料和氧化劑的化學(xué)能直劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電源的化學(xué)電源鉛蓄電池、鉛蓄電池、鋅銀蓄電池、鋅銀蓄電池、鎳鎘

4、電池、鎳鎘電池、鋰離子電池鋰離子電池氫氣、甲醇、氫氣、甲醇、天然氣、煤天然氣、煤氣與氧氣組氣與氧氣組成燃料電池。成燃料電池。普通鋅錳電池、普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池鋅銀紐扣電池、化學(xué)電池優(yōu)點(diǎn)、化學(xué)電池優(yōu)點(diǎn)（）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。、判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn) （）（）比能量比能量 符號符號(Ah/kg)，(Ah/L)

5、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/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?。? 3）電池的）電池的儲存時(shí)間儲存時(shí)間的長短的長短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時(shí)間長的電池，其質(zhì)量好。儲存時(shí)間長的電池，其質(zhì)量好。干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池1 1、普通鋅錳干電池、普通鋅錳干電池鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnOMnO2 2和和C CNHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2 和

6、和 H H2 2O O等糊狀物等糊狀物一、一次電池一、一次電池負(fù)負(fù) 極：極：Zn - 2eZn - 2eZnZn2+2+正正 極：極：2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e+2MnO+2MnO2 2 MnMn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3 H H2 2O O總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn + 2NHZn + 2NH4 4+ + + 2MnO+ 2MnO2 2ZnZn2+2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3+ H H2 2O O 活性物質(zhì)為活性物質(zhì)為NHNH4 4ClCl和淀粉糊作和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有電解質(zhì)，還填有MnOMnO2 2 和炭黑。和炭黑。 優(yōu)點(diǎn)

7、：優(yōu)點(diǎn)：制作簡單、價(jià)格便宜。制作簡單、價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。放電時(shí)間短，電壓下降快。2 2、堿性鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：(Zn)(Zn)(MnO(MnO2 2) )Zn + 2OHZn + 2OH- - - 2e- 2e- = Zn(OH)= Zn(OH)2 22MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=2MnOOH+2OH=2MnOOH+2OH- -Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=2MnOOH+Zn(OH)O=2MnOOH+Zn(OH)2 2堿性電池堿性電池 活性物質(zhì)為活性物質(zhì)為K

8、OHKOH和淀粉糊作電和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有解質(zhì)，還填有MnOMnO2 2 和炭黑。和炭黑。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍，不會漲氣或電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍，不會漲氣或 漏液。漏液。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴。多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴?？偡磻?yīng)式總反應(yīng)式: : ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2負(fù)極負(fù)極: : ZnZn2OH2OH- -2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2正極正極: : AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e- -2Ag2Ag2OH2OH- -電解液電

9、解液: : KOHKOH溶液溶液 這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電，儲存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電子常制成紐扣式電池，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。電子儀器。3 3、銀、銀- -鋅電池鋅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)

10、 )、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-+2S+2S4 4、鋰電池、鋰電池1、鉛蓄電池、鉛蓄電池 放電過程：放電過程： Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正極：正極：PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +2

11、H2O 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：正負(fù)極材料正負(fù)極材料正極：正極：PbO2負(fù)極：負(fù)極：Pb電解質(zhì)：電解質(zhì)：H2SO4溶液溶液充電過程：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： 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ SO42-2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程： 放電放電 充電充電二、二次電池二、二次

12、電池2 2、鎘鎳電池、鎘鎳電池NiONiO2 2+Cd+2H+Cd+2H2 2O Ni(OH)O Ni(OH)2 2+ Cd(OH)+ Cd(OH)2 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?？偡磻?yīng)式：總反應(yīng)式：練習(xí)：練習(xí)：試寫出電池放電的電極反應(yīng)式：試寫出電池放電的電極反應(yīng)式：負(fù)極：負(fù)極：Cd-2eCd-2e- -+2OH+2OH- -=Cd(OH)=Cd(OH)2 2正極：正極：2NiO(OH)+2e2NiO(OH)+2e- -+2H+2H2 2O=2Ni(OH)O=2Ni(OH)2 2+2OH

13、+2OH- - 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、甲醇等燃料與等燃料與氧氣或空氣氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來的化學(xué)能直進(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。目前接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近轉(zhuǎn)化率可達(dá)近80%80%，約為火力發(fā)電的，約為火力發(fā)電的2 2倍倍。這是因?yàn)椤＿@是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的火力發(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲噪聲及硫及硫氧化物、氮氧化物等氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零廢氣污染都接近零。三、燃料電池三、燃料電池 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

14、直一種連續(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。接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。電池的電極本身不包含電池的電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件?；钚晕镔|(zhì)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。工作時(shí)，燃料工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷反應(yīng)，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。清潔、能量轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)。地提供電能。清潔、能量轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)。介質(zhì)介質(zhì)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： 2H2 + O2= 2H2O 酸性酸性負(fù)極負(fù)極正極正極中性中性負(fù)極負(fù)極 正極正極堿性堿性負(fù)極負(fù)極正極正極2H

15、2H2 2 - 4e - 4e- - = 4H = 4H+ + O O2 2 + 4H + 4H+ + + 4e+ 4e- -= 2H= 2H2 2O O2H2H2 2 - 4e - 4e- - = 4H = 4H+ + O O2 2 + 2H + 2H2 2O + 4eO + 4e- -= 4OH= 4OH- -2H2H2 2 +4OH +4OH- - 4e- 4e- - = 4H = 4H2 2O O O O2 2 + 2H + 2H2 2O + 4eO + 4e- -= 4OH= 4OH- -1 1、氫氧燃料電池：、氫氧燃料電池：（電解質(zhì)溶液：（電解質(zhì)溶液：KOHKOH）負(fù)極：負(fù)極：CH

16、CH4 4+10 OH+10 OH- -8e8e- - = CO = CO3 32-2-+7H+7H2 2O O正極：正極：2O2O2 2 + 4H + 4H2 2O + 8eO + 8e- - = 8OH = 8OH- -2 2、甲烷燃料電池、甲烷燃料電池CHCH4 4 +2O +2O2 2+2OH+2OH- - = CO = CO3 32-2- + 2H + 2H2 2O O3 3、甲醇燃料電池、甲醇燃料電池（電解質(zhì)溶液：（電解質(zhì)溶液：KOHKOH）正極：正極：3O3O2 2 + 6H + 6H2 2O + 12eO + 12e- - = 12OH = 12OH- -負(fù)極：負(fù)極：2CH2C

17、H3 3OH+16OHOH+16OH- - 12e 12e- - =2CO =2CO3 32-2-+12H+12H2 2O O2CH2CH3 3OH+4OHOH+4OH- -+3O+3O2 2=2CO=2CO3 32-2-+6H+6H2 2O O1 1、僅有一個(gè)電極材料參與反應(yīng)的原電池：、僅有一個(gè)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：析氫或吸氧或析出不活潑金屬正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2 2、兩個(gè)電極均參與反應(yīng)的原電池（如蓄電池，銀鋅電池）、兩個(gè)電極均參與反應(yīng)的原電池（如蓄電池，銀鋅電池） 電極材料：金屬為負(fù)極，金屬化合物為正極電極材料：金屬為負(fù)極，

18、金屬化合物為正極 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 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極負(fù)極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得電子負(fù)極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得電子電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液小結(jié)：書寫電極反應(yīng)式的方法：小結(jié)：書寫電極反應(yīng)式的方法：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確定原電池的正負(fù)極，弄清正負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)；確定原電池的正負(fù)極，弄清正負(fù)極上

19、發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)；2.2.電極反應(yīng)是一種電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的所有，遵循書寫離子反應(yīng)的所有規(guī)則；規(guī)則；3 3將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)，將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；4.4.負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與與溶液的酸堿性有關(guān)溶液的酸堿性有關(guān)( (如如4 4價(jià)的價(jià)的C C在在酸性溶液中以酸性溶液中以COCO2 2形式形式存在，在存在，在堿性溶液中以堿性溶液中以COCO3 32-2-形式存在形式存在)

20、)；5.5.溶液中溶液中不存在不存在O O2- 2- ：在酸性溶液中它與：在酸性溶液中它與H H結(jié)合成結(jié)合成H H2 2O O、在堿性或中性溶液中它與水結(jié)合成在堿性或中性溶液中它與水結(jié)合成OHOH- -。練習(xí)練習(xí)1、（2012四川）一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢四川）一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測儀，負(fù)極上的反應(yīng)為測儀，負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH4e+H2O=CH3COOH+4H。下列有關(guān)說法正確的是（下列有關(guān)說法正確的是（ ） A. 檢測時(shí)，電解質(zhì)溶液中的檢測時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H向負(fù)極移動向負(fù)極移動 B.若有若有0.4mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48L氧氣氧氣 C.電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O D.正極上發(fā)生的反應(yīng)是：正極上