第二節(jié)化學(xué)電源

1、干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池形形色色的電池形形色色的電池“震動(dòng)動(dòng)力充電電池震動(dòng)動(dòng)力充電電池”勺水充電勺水充電三三維維納納米米結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)電電池池尿液充電的電池尿液充電的電池 新型綠色環(huán)保燃料電池車863-燃料電池公共汽車燃料電池公共汽車 在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？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

2、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置電池廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子電池廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品，在高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。產(chǎn)品，在高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。減減 少少 污污 染染節(jié)節(jié) 約約 資資 源源有關(guān)資料顯示，一節(jié)一號(hào)電池爛在地里，能使萬方米的土壤永久失去利用價(jià)值；一粒紐扣電池可使600噸水無法飲用，相當(dāng)于一個(gè)人一生的飲水量。請(qǐng)回顧原電池的相關(guān)知識(shí)并完成下表請(qǐng)回顧原電池的相關(guān)知識(shí)并完成下表:一個(gè)概念一個(gè)概念兩個(gè)電極兩個(gè)電極負(fù)極負(fù)極正極正極三個(gè)三個(gè)流向流向電子電子電流電流離子離子四個(gè)條件四個(gè)條件將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的

3、裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 較活潑金屬較活潑金屬失電子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體得電子得電子發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)負(fù)極負(fù)極外電路外電路正極正極正極正極外電路外電路負(fù)極負(fù)極陽離子陽離子正極，陰離子正極，陰離子負(fù)極負(fù)極活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液閉合電路閉合電路自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)（1 1）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。（2 2）可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的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。電池和電池組，使用方便。（3

4、3）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。1.1.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)？2.2.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？（1）比能量，指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出）比能量，指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少。電能的多少。 單位是單位是(Wh) /kg，(Wh) /L（2）比功率，指電池單位質(zhì)量或單位體積所）比功率，指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小。能輸出功率的大小。單位是單位是W/kg，W/L)（3）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。（1 1）一次電池又稱不可充電電池一次

5、電池又稱不可充電電池，如干電池如干電池。（2 2）二次電池又稱充電電池二次電池又稱充電電池，如，如蓄電池蓄電池。（3 3）燃料電池燃料電池，如氫氧燃料電池。，如氫氧燃料電池。3.3.目前化學(xué)電池主要分為哪幾大類？產(chǎn)生電能的基目前化學(xué)電池主要分為哪幾大類？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？各自有什么特點(diǎn)？本原理是什么？各自有什么特點(diǎn)？1 1、酸性鋅錳干電池、酸性鋅錳干電池 負(fù)極（鋅筒）：負(fù)極（鋅筒）：Zn 2e- -Zn2+ 正極（石墨棒）：正極（石墨棒）： 2NH4+2e- - +2MnO2= 2NH3+Mn2O3+H2O總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl=ZnCl2 + Mn2O

6、3 + 2NH3 +H2O（- -）Zn | NH4Cl | C（+） 缺點(diǎn)：在使用過程中電壓不斷下降，不能提供穩(wěn)定電壓，且放電功率低，比能量小，低溫性能差，在20即不能工作。在高寒地區(qū)只可使用堿性鋅錳干電池。2.2.堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：電解質(zhì)：電解質(zhì)：Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-KOH堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：大電流、穩(wěn)定，比能量大、大電流、穩(wěn)定，比能量大、可儲(chǔ)存時(shí)間長，不會(huì)氣漲

7、可儲(chǔ)存時(shí)間長，不會(huì)氣漲或漏液?；蚵┮?。3.3.紐扣電池紐扣電池銀鋅電池銀鋅電池負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+ 2OH- -2e- = Zn(OH)2Ag2O +H2O +2e- =2Ag +2OH-Ag2O + Zn+H2O =Zn(OH)2+ 2Ag優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比能量大、電壓穩(wěn)定、存比能量大、電壓穩(wěn)定、存儲(chǔ)時(shí)間長、低污染。儲(chǔ)時(shí)間長、低污染。用途：用途：廣泛用于電子手表、計(jì)廣泛用于電子手表、計(jì)算器等算器等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：Pb電解質(zhì)：電解質(zhì)：H2SO4溶液溶液(2)工作機(jī)制工作機(jī)制鉛蓄電池為典型的可

8、充電電池，其工作原理分為鉛蓄電池為典型的可充電電池，其工作原理分為放電和充電兩個(gè)過程。放電和充電兩個(gè)過程。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) Pb(s) + SO42- (aq) -2e- =PbSO4 (s)正極：正極：PbO2(s) + 4H+ (aq) +SO42- (aq) +2e- =PbSO4 (s) +2H2O (l) 負(fù)極：負(fù)極：放電過程放電過程還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)充電過程充電過程充電過程總反應(yīng)：充電過程總反應(yīng)：陽極：陽極：陰極：陰極：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s

9、)+PbO2(s)+2H2SO4 (aq) PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) PbSO4 (s)+2H2O (l) -2e- = PbO2(s) + 4H+ (aq) + SO42- (aq) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 (aq) 放電放電2PbSO4(s)+2H2O(l)充電充電放電放電充電充電放電放電充電充電鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程：2.2.鋰電池鋰電池特點(diǎn)：特點(diǎn)： “綠色綠色”； 容量大；容量大； 電解液中不能有水電解液中不能有水鋰金屬電池：

10、鋰金屬電池： Li+MnO2=LiMnO2鋰離子電池：鋰離子電池：正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- = LiFePO4。負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：LixC6 = xLi+ + xe- + 6C二氧化錳為二氧化錳為正極正極材料、金屬鋰或其合金金屬為材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極負(fù)極材料、使用非水材料、使用非水電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液的電池的電池鋰合金金屬氧化物為鋰合金金屬氧化物為正極正極材料、石墨為負(fù)材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。2.2.鋰電池鋰電池討論：討論：心臟起搏器中使用的新型心臟起搏器中使用的新型Li I2電池的反應(yīng)可

11、簡化為：電池的反應(yīng)可簡化為：2 Li I2 = 2 LiI，下列說法中不正確的是，下列說法中不正確的是 （ ）A負(fù)極反應(yīng)式為：負(fù)極反應(yīng)式為：Lie = LiB該電池以含該電池以含Li的水溶液為電解質(zhì)的水溶液為電解質(zhì)C該電池負(fù)極材料為金屬鋰該電池負(fù)極材料為金屬鋰D鋰電池的使用壽命長的原因之一是鋰的摩爾質(zhì)量小，鋰電池的使用壽命長的原因之一是鋰的摩爾質(zhì)量小， 單位質(zhì)量的電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量單位質(zhì)量的電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量(比容量比容量)大大B特點(diǎn)：特點(diǎn)： “綠色綠色”； 容量大；容量大； 電解液中不能有水電解液中不能有水總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負(fù)極：

12、負(fù)極：正極：正極：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕、高能質(zhì)輕、高能( (比能量高比能量高) )、電壓、電壓高、工作溫度寬、可存儲(chǔ)時(shí)間長。高、工作溫度寬、可存儲(chǔ)時(shí)間長。用途：用途：廣泛應(yīng)用于軍事和空間領(lǐng)域。廣泛應(yīng)用于軍事和空間領(lǐng)域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S3.3.鋰亞硫酰氯電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：（1）負(fù)負(fù)極發(fā)生極發(fā)生氧氧化反應(yīng)，化反應(yīng)，正正極發(fā)生極發(fā)生還還原反應(yīng)原反應(yīng) （負(fù)氧正還）。負(fù)氧正還）。（2）要注意溶液的）要注意溶液的酸堿性酸堿性，適當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊，適當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊添加添加H+、OH、H2O，以遵循，以

13、遵循電荷守恒電荷守恒和和質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒。（3）要注意電極反應(yīng)）要注意電極反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)物是否與是否與電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液發(fā)生發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)。 原電池電極反應(yīng)式的書寫注意事項(xiàng)原電池電極反應(yīng)式的書寫注意事項(xiàng)討論討論1：（10安徽）某固體酸燃料電池以安徽）某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解固體為電解質(zhì)傳遞質(zhì)傳遞H+，其基本結(jié)構(gòu)見下圖，電池總反應(yīng)可表示為：，其基本結(jié)構(gòu)見下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2+O2 = 2H2O，下列有關(guān)說法正確的是（，下列有關(guān)說法正確的是（ ）A. 電子通過外電路從電子通過外電路從b極流向極流向a極極B. b極上的電極反應(yīng)式為：極上的電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-

14、= 4OH-C. 每轉(zhuǎn)移每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，消耗電子，消耗1.12 L的的H2D. H+由由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極極D討論討論2：1991年我國首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型年我國首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流，只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光，產(chǎn)生電流，只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光，則電源負(fù)極材料為：則電源負(fù)極材料為： ，正極材料為：，正極材料為： 。正、負(fù)極反應(yīng)以及總反應(yīng)方程式分別為：正、負(fù)極反應(yīng)以

15、及總反應(yīng)方程式分別為： 、 ,_.Al石墨或活潑性比鋁弱石墨或活潑性比鋁弱的金屬材料。的金屬材料。 4Al12e-4Al3+3O26H2O12e-12OH-4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3以海水電池為能源以海水電池為能源的國產(chǎn)航標(biāo)燈的國產(chǎn)航標(biāo)燈 討論討論3：電子表中電子計(jì)算器的電源常用微型銀鋅原電池，其電電子表中電子計(jì)算器的電源常用微型銀鋅原電池，其電極分別為極分別為Ag2O和和Zn，電解質(zhì)溶液為，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，放電時(shí)鋅極上溶液，放電時(shí)鋅極上的電極反應(yīng)式為：的電極反應(yīng)式為：Zn+2OH-2e- = Zn(OH)2；氧化銀電極上的反；氧化銀電極上的反應(yīng)式為：應(yīng)式為：Ag2O+

16、H2O+2e- = 2Ag+2OH-，總反應(yīng)式為：，總反應(yīng)式為：Ag2O+H2O+Zn = Zn(OH)2+2Ag。下列說法正確的是（。下列說法正確的是（ ）A. 鋅是負(fù)極，氧化銀是正極鋅是負(fù)極，氧化銀是正極B. 鋅的質(zhì)量減小鋅的質(zhì)量減小6.5 g，外電路中通過，外電路中通過0.4 mol電子電子C. 溶液中溶液中OH-向正極移動(dòng)，向正極移動(dòng)，K+ 、H+向負(fù)極移動(dòng)向負(fù)極移動(dòng)D. 隨著電極反應(yīng)的不斷進(jìn)行，電解質(zhì)溶液中隨著電極反應(yīng)的不斷進(jìn)行，電解質(zhì)溶液中n(OH-)減小減小A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、甲醇等燃料與等燃

17、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)能直接進(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。目前轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近率可達(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)榛鹆?。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的發(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲噪聲及硫氧化物、及硫氧化物、氮氧化物等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世世紀(jì)紀(jì)3030年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代才開始進(jìn)入實(shí)用階段。才

18、開始進(jìn)入實(shí)用階段。燃料電池簡介燃料電池簡介燃料作負(fù)極，助燃劑氧氣作正極燃料作負(fù)極，助燃劑氧氣作正極電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，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。只起傳導(dǎo)電子的作用。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對(duì)環(huán)境友好。對(duì)環(huán)境友好。廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、電動(dòng)廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、電動(dòng)起初、航天飛機(jī)等，應(yīng)用前起初、航天飛機(jī)等，應(yīng)用前景廣闊。景廣闊。用途：用途：介質(zhì)介質(zhì)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 中性中性負(fù)極負(fù)極正極正極酸性酸性負(fù)極負(fù)極 正極正極堿性堿性負(fù)極負(fù)極正極正極2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-=

19、2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-介質(zhì)介質(zhì)電池反應(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 討論：討論：有人用鉑作電極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，又從兩電極分別有人用鉑作電極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，又從兩電極分別通通CH4和和O2，形成燃料電池，該電池中通入甲烷的鉑為，形成燃料電池，該電池中通入甲烷的鉑為 極，發(fā)極，發(fā)生的電極反應(yīng)是生的電極反應(yīng)是 ，正極的電極反應(yīng)式是正極的電極反應(yīng)式是 ，反應(yīng)的總化學(xué)方程式是反應(yīng)的總化學(xué)方程式是 。 負(fù)負(fù)負(fù)極：負(fù)極：CH4+10OH- -8e- -CO32- -+7H2O 總反應(yīng)：總反應(yīng)：CH4+2O2+2OH- -CO32- -+3H2O 四、甲烷燃料電池：四、甲烷燃料電池：思考：思考：若介質(zhì)為堿性環(huán)境呢？若介質(zhì)為堿性環(huán)境呢？CH4 - 8e- + 2H2O 8H+ + CO2CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 2O2 + 8e- + 8H+ 4H2O正極：正極： 2O2 + 8e- + 4H2O 8