選修4 各類化學(xué)電源

1、選修4 化學(xué)電源學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、了解實(shí)用化學(xué)電源的發(fā)展歷程和種類、了解實(shí)用化學(xué)電源的發(fā)展歷程和種類2、能正確書(shū)寫電池半反應(yīng)，并運(yùn)用電池原理分析、解決問(wèn)題、能正確書(shū)寫電池半反應(yīng)，并運(yùn)用電池原理分析、解決問(wèn)題一次電池一次電池酸性鋅錳干電池結(jié)構(gòu)：酸性鋅錳干電池結(jié)構(gòu)：鋅筒、碳棒作兩極，鋅筒、碳棒作兩極，ZnCl2-NH4Cl糊狀物作電解質(zhì)，碳棒被糊狀物作電解質(zhì)，碳棒被 MnO2包圍。包圍。-)-2ZnZn 2eZn負(fù)負(fù)極極（：-4322NH2eNHH正正極極（碳碳棒棒）：2432Zn2NHZnNHH總總反反應(yīng)應(yīng)：MnO2和碳黑包裹著碳棒，碳黑能導(dǎo)電，MnO2用于吸收正極產(chǎn)物H2，H2的產(chǎn)生會(huì)增

2、大電池內(nèi)電阻，使輸出電壓迅速降低。電池在存放過(guò)程中，負(fù)極鋅與電解質(zhì)NH4Cl直接接觸，會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕。導(dǎo)致鋅筒蝕破，電池作廢，電解質(zhì)泄漏，損壞電器。e堿性鋅錳干電池結(jié)構(gòu)：負(fù)極鋅、正極負(fù)極鋅、正極MnO2，KOH為電解質(zhì)為電解質(zhì)電池總反應(yīng): Zn+2MnO2+2H2O = 2MnOOH+Zn(OH)2 Zn+2OH-2e- Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-從總反應(yīng)來(lái)看，電解質(zhì)從總反應(yīng)來(lái)看，電解質(zhì)KOH在放電過(guò)程在放電過(guò)程中沒(méi)有消耗，卻在消耗中沒(méi)有消耗，卻在消耗H2O。一次電池一次電池一次電池一次電池銀鋅電池結(jié)構(gòu)：負(fù)極鋅、正極負(fù)極鋅、正極Ag2O，KOH為電解質(zhì)為

3、電解質(zhì)總反應(yīng)總反應(yīng):Zn + Ag2O = ZnO + 2AgZn+2OH-2e- =ZnO+H2OAg2O+H2O+2e- =Ag + 2OH-二次電池二次電池 鉛蓄電池結(jié)構(gòu)：負(fù)極Pb、正極PbO2, H2SO4作電解質(zhì)放電反應(yīng)放電反應(yīng): Pb(s)+PbO: Pb(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- - = = PbSOPbSO4 4(s) (s) PbOPbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +

4、(aq)+SO(aq)+SO4 42-2-(aq)+2e(aq)+2e- - = = PbSOPbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l) O(l) 二次電池二次電池鎳鎘電池：電解質(zhì)KOH可充放電達(dá)500次以上，輸出電壓穩(wěn)定，放電量大。缺點(diǎn)：具放電記憶性，鎘對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。總反應(yīng)：總反應(yīng)：2NiOOH+ Cd+ 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 負(fù)極：負(fù)極： Cd - 2e-+ 2OH- = Cd(OH)2 正極：正極：2NiO(OH) + 2e-+ 2H2O= 2Ni(OH)2 + 2OH-二次電池二次電池鎳氫電池：電解質(zhì)KOH比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長(zhǎng)，并且對(duì)環(huán)境

5、無(wú)污染。鎳氫電池的缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差正極：正極：NiOOH + H2O + e- = Ni(OH)2 + OH-以上式中M為儲(chǔ)氫合金，MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金。最常用儲(chǔ)氫合金為L(zhǎng)aNi5?？偡磻?yīng)：總反應(yīng)：MH + NiOOH M + Ni(OH)2負(fù)極：負(fù)極：MH + e- + OH- = M + H2O 二次電池二次電池鋰離子電池是一種新型的二次電池，它不含有金屬態(tài)的鋰，它主要依靠LI+在正負(fù)兩極之間移動(dòng)來(lái)工作。放電時(shí)，LI+從負(fù)極材料(石墨)脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)膜，嵌入正極材料（CoO2).充電過(guò)程剛好相反。鋰離子電池不同于鋰金屬電池，后者因危險(xiǎn)性較少實(shí)用?？偡?/p>

6、應(yīng)：總反應(yīng)：CoO2 + LiC6 = LiCoO2 + 6C負(fù)負(fù) 極：極：LiC6 e- = 6C + Li+正正 極：極：CoO2 + Li+ + + e- = LiCoO2負(fù)極每脫嵌一個(gè)負(fù)極每脫嵌一個(gè)LILI+ +同時(shí)失去一個(gè)電子同時(shí)失去一個(gè)電子正極每入嵌一個(gè)正極每入嵌一個(gè)LiLi+ +同時(shí)得到一個(gè)電子同時(shí)得到一個(gè)電子燃料電池燃料電池燃料電池：與一次、二次電池不同，燃料電池并不需要將反應(yīng)活性物質(zhì)貯藏在電池內(nèi)部，它工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給。燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，電極材料本身不參與電池反應(yīng),但電解質(zhì)會(huì)參與電池反應(yīng)。酸性酸性氫氧燃料電池氫氧燃料電池總反應(yīng)：總反應(yīng)：2 2H

7、2+O2=2H2O負(fù)極負(fù)極：2H24e=4H+正極正極： O2+ +4e+ +4H+=2H2O （H H+ +定向移動(dòng)到正極，在負(fù)極生成，在正極消耗）定向移動(dòng)到正極，在負(fù)極生成，在正極消耗）燃料電池燃料電池堿性堿性氫氧燃料電池氫氧燃料電池總反應(yīng)：總反應(yīng)：2 2H2+O2=2H2O負(fù)極負(fù)極：2H24e+ +4OH=4H2O正極正極： O2 + + 4e+ + 2H2O=4OH （OHOH- -定向移動(dòng)到負(fù)極，正極生成，定向移動(dòng)到負(fù)極，正極生成， 負(fù)極消耗）負(fù)極消耗）燃料電池燃料電池酸性酸性甲醇燃料電池甲醇燃料電池3222 2CH OH3O2CO4H O+322 2CH OH12e +2H O =

8、2CO +12H負(fù)負(fù)極極：+22 3O +12e +12H6H O正正極極：燃料電池的特點(diǎn)：燃料電池的特點(diǎn)：電解質(zhì)（離子）一定在一極上生成，定向移動(dòng)電解質(zhì)（離子）一定在一極上生成，定向移動(dòng)后在另一極上消耗。后在另一極上消耗。燃料電池燃料電池堿性堿性甲醇燃料電池甲醇燃料電池23232 2CH OH3O +4OH2CO6H O2332 2CH OH12e + 16OH =2CO+12H O負(fù)負(fù)極極：22 3O +12e +2H O12OH正正極極：同樣，電解質(zhì)同樣，電解質(zhì)OH-向負(fù)極移動(dòng)。在正極生成，負(fù)極消耗。向負(fù)極移動(dòng)。在正極生成，負(fù)極消耗。熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽 氫氧燃料電池氫氧燃料電池例：美國(guó)

9、加州例：美國(guó)加州Miramar海軍航空站安裝了一臺(tái)海軍航空站安裝了一臺(tái)250KW的的MCFC型空氣型空氣燃料電池，該電池可同時(shí)供應(yīng)電和水蒸氣，其工作溫度為燃料電池，該電池可同時(shí)供應(yīng)電和水蒸氣，其工作溫度為700-800，所用燃料為氫氣，電解質(zhì)為熔融的所用燃料為氫氣，電解質(zhì)為熔融的K K2 2COCO3 3。請(qǐng)寫出電池和電極反應(yīng)式。請(qǐng)寫出電池和電極反應(yīng)式。222H +O =2H O總總反反應(yīng)應(yīng)：2 2223222H4e +2CO2CO +2H O負(fù)負(fù)極極： 2223O + 4e + 2CO2CO正正極極： 思考：為了讓電池能夠持續(xù)穩(wěn)定工作，通入正極氣體時(shí)應(yīng)注意什么？思考：為了讓電池能夠持續(xù)穩(wěn)定工

10、作，通入正極氣體時(shí)應(yīng)注意什么？通入的正極氣體應(yīng)該是通入的正極氣體應(yīng)該是O O2 2和和COCO2 2的混合物的混合物熔融熔融氧化物氧化物 燃料電池燃料電池例：丁烷燃料電池中一個(gè)電極通入空氣,另一電極通入丁烷,電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3(三氧化二釔)的ZrO2(二氧化鋯)晶體,它在高溫下能傳導(dǎo)O2-,試寫出正、負(fù)極的電極反應(yīng)式。負(fù)極負(fù)極: 2C4H10+26O2-52e- = 8CO2+10H2O正極正極: 13O2+52e- = 26O2-410222 2C H13O8CO10H O52e總總反反應(yīng)應(yīng)：燃料電池共有特點(diǎn)：燃料電池共有特點(diǎn)：電解質(zhì)定向移動(dòng)傳遞電流，在一極生成，另一極等量消耗電解

11、質(zhì)定向移動(dòng)傳遞電流，在一極生成，另一極等量消耗熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽 燃料電池燃料電池例：某燃料電池以熔融的例：某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含（其中不含O2-和和HCO3-）為電解質(zhì)，以）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試寫出電池及電極反應(yīng)。材料為電極。試寫出電池及電極反應(yīng)。2410322 2C H52e + 26CO = 34CO + 10H O負(fù)負(fù)極極：2223 13O + 52e + 26CO26CO正正極極：在燃料電池中，在燃料電池中，電解質(zhì)離子一定參與了電極反應(yīng)，

12、一極生成，一極等量消耗。電解質(zhì)離子一定參與了電極反應(yīng)，一極生成，一極等量消耗。實(shí)戰(zhàn)技巧實(shí)戰(zhàn)技巧1.磷酸鐵鋰電池的構(gòu)造如圖所示。磷酸鐵鋰電池的構(gòu)造如圖所示。其正極的電極反應(yīng)式為其正極的電極反應(yīng)式為FePO4+Li+ + e-=LiFePO4,下列有關(guān)判斷不下列有關(guān)判斷不合理的是：合理的是：A.負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液不可能是水溶液負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液不可能是水溶液B.聚合物薄膜可允許聚合物薄膜可允許Li+通過(guò)通過(guò)C.負(fù)極反應(yīng)式為負(fù)極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCxe-=Li+CxD.充電時(shí)，充電時(shí)，Li+由負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)由負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)實(shí)戰(zhàn)實(shí)戰(zhàn)2.現(xiàn)今市面上的智能手機(jī)都面臨著電池續(xù)航不足的問(wèn)題。最常見(jiàn)的現(xiàn)今市面上的

13、智能手機(jī)都面臨著電池續(xù)航不足的問(wèn)題。最常見(jiàn)的智能手機(jī)電池工作原理是智能手機(jī)電池工作原理是 下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是：下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是：A.放電時(shí)，每轉(zhuǎn)移放電時(shí)，每轉(zhuǎn)移xmol電子，通過(guò)電解質(zhì)膜的電子，通過(guò)電解質(zhì)膜的Li+為為(1x)mol x)mol B.負(fù)極材料是填充了金屬鋰的石墨（負(fù)極材料是填充了金屬鋰的石墨（LiC6)C.充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)為充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)為D.負(fù)極的電極反應(yīng)式為負(fù)極的電極反應(yīng)式為21 x2x66CLiCoOLiCoOLi C充充電電放放電電21 x2LiCoOxexLiLiCoOx6Li CxexLi6C3.飽和甘汞電極（Hg-Hg2Cl2)因其電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定，常用作基準(zhǔn)電極。飽和甘汞電極的內(nèi)部構(gòu)造如圖所示，當(dāng)甘汞電極與鋅共同插入 ZnC