發(fā)展中的化學(xué)電源(必修二)公開課教材

1、第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)能與電能發(fā)展中的化學(xué)電源發(fā)展中的化學(xué)電源干電池干電池二、常見的化學(xué)電池二、常見的化學(xué)電池1.干電池干電池(一次性電池一次性電池)電極電極: :ZnZn為負(fù)極為負(fù)極, ,碳棒為正極碳棒為正極電解液電解液：NHNH4 4ClCl、電極方程式：電極方程式：負(fù)極負(fù)極(Zn):(Zn):ZnZn2e2e- -ZnZn2 2正極正極(C)(C)：2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e- -= 2NH= 2NH3 3 + H+ H2 2(1)酸性鋅錳干電池Zn+2NH4Cl+2MnO2ZnCl2+NHNH3 3+Mn2O3+2H2O電池總反應(yīng)方程式：電池總反應(yīng)方程式：(使用壽命短，易

2、泄漏使用壽命短，易泄漏)2 2MnOMnO2 2 + H + H2 2= Mn= Mn2 2O O3 3 + H+ H2 2O O副反應(yīng)：副反應(yīng)：Zn2+4NH3=Zn(NH3)42+2NH2NH4 4+ + +2 +2MnOMnO2 2 + +2e2e= =2NH2NH3 3+ +MnMn2 2O O3 3 + H+ H2 2O O（2 2）堿性鋅錳干電池）堿性鋅錳干電池: :能量和儲存時間時間提高，更耐用能量和儲存時間時間提高，更耐用電極電極: :電解液電解液：負(fù)極：負(fù)極： 正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn + 2OHZn + 2OH- - - 2e- 2e- - Zn(OH) Zn(OH

3、)2 22MnO2MnO2 2 + H+ H2 2O + 2eO + 2e- - Mn Mn2 2O O3 3+2OH+2OH- -Zn + 2MnOZn + 2MnO2 2 + H+ H2 2O O Zn(OH)Zn(OH)2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3KOHKOHZnZn為負(fù)極為負(fù)極, ,碳棒為正極碳棒為正極(3)(3)銀鋅電池銀鋅電池ZnZn為負(fù)極為負(fù)極, Ag, Ag2 2O O為正極為正極 電解液電解液: KOH: KOH溶液溶液電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式: : 負(fù)極負(fù)極: : 正極正極: :總反應(yīng)式總反應(yīng)式: : ZnZn2OH2OH2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2

4、AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e- -2Ag2Ag2OH2OHZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2(4)(4)海水電池海水電池4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3 思考思考 指出該電池的正、負(fù)極材料、寫出正、負(fù)極反指出該電池的正、負(fù)極材料、寫出正、負(fù)極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。應(yīng)式和總反應(yīng)式。負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：（AlAl）：）：4Al-12e- = 4Al4Al-12e- = 4Al3+3+（石墨）（石墨）3O3O2 2+6H+6H2 2O+12eO+12e = 12OH= 12OH19911991年我國首創(chuàng)

5、的以鋁年我國首創(chuàng)的以鋁空氣空氣海水組成的新型電池，海水組成的新型電池，可用于航標(biāo)燈中?？捎糜诤綐?biāo)燈中。 2.2.充電電池充電電池（又稱二次電池，能夠重復(fù)使用）（又稱二次電池，能夠重復(fù)使用）(1)(1)鉛蓄電池鉛蓄電池: :電極：電極：PbPb為負(fù)極為負(fù)極, PbO, PbO2 2為正極為正極. .電解液電解液: : 30%30%的的H H2 2SOSO4 4溶液溶液電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式: : 負(fù)極：負(fù)極：正極正極: :總電池反應(yīng)總電池反應(yīng): :放電時：放電時：為原電池為原電池PbPbSOSO4 42-2-2e2e- -PbSOPbSO4 4PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e

6、- -PbSOPbSO4 42H2H2 2O OPbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O (2)鎳鎘充電電池：鎳鎘充電電池：負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：電解質(zhì)：電解質(zhì)：應(yīng)用：應(yīng)用：CdNiO(OH)KOH具有殘留性記憶，可重復(fù)使用具有殘留性記憶，可重復(fù)使用500次以上，次以上，體積??；但體積?。坏k有致癌作用鎘有致癌作用,如不回收，會產(chǎn)如不回收，會產(chǎn)生嚴(yán)重污染生嚴(yán)重污染;廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、電動剃須刀等電子閃光燈、電動剃須刀等.鎳鎳鎘鎘電電池池鎘有致癌作用，有被鎘有致癌作用，有被鎳氫電池鎳氫

7、電池取代的趨勢。取代的趨勢?？偡磻?yīng)式：總反應(yīng)式：NiO(OH) + Cd + 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2放電放電充電充電(3)(3)鋰離子電池鋰離子電池特點(diǎn)：特點(diǎn)：用途：用途：負(fù)極：正極：總反應(yīng)：（綠色電池）（綠色電池）高能電池，質(zhì)量輕，貯存時間長等。高能電池，質(zhì)量輕，貯存時間長等。現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動電話、攝像現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動電話、攝像機(jī)、手表、機(jī)、手表、心臟起搏器心臟起搏器等低功耗電器的等低功耗電器的主流。主流。2Li-2e = 2Li+I2+2e = 2I2Li+I2=2LiI3、燃料電池、燃料電池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全燃料電池不是把還原劑、

8、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池?？晒┻x擇的燃料很多，如可供選擇的燃料很多，如:氫氣、烴類、肼、甲醇、氨、氫氣、烴類、肼、甲醇、氨、煤氣等液態(tài)或氣態(tài)的燃料煤氣等液態(tài)或氣態(tài)的燃料。（1）氫氧）氫氧燃料電池燃料電池電極電極:Pt制作的惰性電極制作的惰性電極介質(zhì)介質(zhì)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： 2H2 + = 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2H2 - 4e- = 4H+O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 -

9、4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-氫氧燃料電池在不同電解質(zhì)時的電極反應(yīng)氫氧燃料電池在不同電解質(zhì)時的電極反應(yīng)一定要會判斷：酸性有一定要會判斷：酸性有H+ (肯定沒肯定沒OH- ）；）； 堿性有堿性有OH- (肯定沒肯定沒 H+ ）該電池用金屬鉑片插入該電池用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，溶液中作電極，又在兩極上分別通甲烷和氧氣。又在兩極上分別通甲烷和氧氣。（2）CH4燃料電池燃料電池CH4 + 10OH- - 8e-CO32- + 7H2O2O2 + 4H2O + 8e-8OH- CH

10、4 + 2O2 + 2KOHK2CO3 + 3H2O負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：1電極反應(yīng)式的書寫電極反應(yīng)式的書寫(1)負(fù)極反應(yīng)式的書寫負(fù)極反應(yīng)式的書寫活潑金屬作負(fù)極時，活潑金屬作負(fù)極時，電極本身被氧化電極本身被氧化：若生成的陽離子不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，若生成的陽離子不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，其產(chǎn)物可其產(chǎn)物可 直接寫為金屬陽離子，直接寫為金屬陽離子，如：如：Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。若生成的金屬陽離子與電解質(zhì)溶液反應(yīng)若生成的金屬陽離子與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，其電極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為兩反應(yīng)合并后的反應(yīng)式式為兩反應(yīng)合并后的反應(yīng)式如：如：MgAl(KOH)原電池，原電池，負(fù)極反應(yīng)式為：負(fù)極

11、反應(yīng)式為：Al3e4OH=AlO22H2O；鉛蓄電池負(fù)極反應(yīng)式：鉛蓄電池負(fù)極反應(yīng)式：Pb2e SO42=PbSO4。三、電極反應(yīng)式、原電池反應(yīng)式的書寫三、電極反應(yīng)式、原電池反應(yīng)式的書寫(2)正極反應(yīng)式的書寫正極反應(yīng)式的書寫首先判斷在正極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。首先判斷在正極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。a. 當(dāng)當(dāng)負(fù)極材料與電解質(zhì)溶液負(fù)極材料與電解質(zhì)溶液能能發(fā)生自發(fā)的化學(xué)發(fā)生自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)時，反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是電解質(zhì)溶在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是電解質(zhì)溶液中的某種粒子；液中的某種粒子；b. 當(dāng)負(fù)極材料與電解質(zhì)溶液當(dāng)負(fù)極材料與電解質(zhì)溶液不能不能發(fā)生自發(fā)的化發(fā)生自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)時，學(xué)反應(yīng)時，在正極上發(fā)生反

12、應(yīng)的物質(zhì)是溶解在電解在正極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是溶解在電解質(zhì)溶液中的質(zhì)溶液中的O2。負(fù)極本身不反應(yīng)時負(fù)極本身不反應(yīng)時，常見書寫方法為：，常見書寫方法為：氫氧氫氧(酸性酸性)燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為：燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為：H22e=2H氫氧氫氧(堿性堿性)燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為：燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為：H22e2OH=2H2O2原電池反應(yīng)式的書寫原電池反應(yīng)式的書寫將兩電極反應(yīng)式相加即得原電池總反應(yīng)式。將兩電極反應(yīng)式相加即得原電池總反應(yīng)式。書寫時也要考慮正極書寫時也要考慮正極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)液反應(yīng)的問題，若反應(yīng)也要書寫疊加式。的問題，若反應(yīng)也要書寫疊加式。如：氫氧如：

13、氫氧(酸性酸性)燃料電池，正極反應(yīng)式為：燃料電池，正極反應(yīng)式為：O24e4H=2H2O氫氧氫氧(堿性堿性)燃料電池，正極反應(yīng)式為：燃料電池，正極反應(yīng)式為：O24e2H2O=4OH 1、銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，、銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，其充電和放電過程可以表示為：其充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O ，則此電，則此電 池放電時，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（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練習(xí)練習(xí)2.某金屬能和鹽酸反應(yīng)生成氫氣，該金屬與鋅組成某金屬能和鹽酸反應(yīng)生成氫氣，

14、該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負(fù)極，則該金屬可能為原電池時，鋅為負(fù)極，則該金屬可能為( ) A鋁鋁 B銅銅 C錫錫 D硅硅3.已知空氣已知空氣-鋅電池的電極反應(yīng)為：鋅電池的電極反應(yīng)為： 鋅片：鋅片：Zn+20H-2e- =ZnO+H20 石墨：石墨：02+2H20+4e- =40H- 根據(jù)此判斷，鋅片是根據(jù)此判斷，鋅片是( ) A負(fù)極，并被氧化負(fù)極，并被氧化 B負(fù)極，并被還原負(fù)極，并被還原 C正極，并被氧化正極，并被氧化 D正極，并被還原正極，并被還原AC4. X，Y，Z都是金屬，把都是金屬，把X浸浸 Z的硝酸溶液中，的硝酸溶液中，X的表的表面有面有Z析出，析出，X與與Y組成原電池時，組成原電池

15、時，Y為負(fù)極。為負(fù)極。X，Y，Z三種金屬的活動性順序?yàn)槿N金屬的活動性順序?yàn)? ) AXYZ BXZY CYXZ DYZX5.對于鋅一銅一稀硫酸組成的原電池裝置中，當(dāng)導(dǎo)線對于鋅一銅一稀硫酸組成的原電池裝置中，當(dāng)導(dǎo)線中有中有1 mol電子通過時，理論上的兩極變化是電子通過時，理論上的兩極變化是( ) 鋅片溶解了鋅片溶解了32.5 g鋅片增重鋅片增重32.5 g銅片上析出銅片上析出l g H2 銅片上析出銅片上析出1 mol H2 A和和 B和和 C和和 D和和C CA A6.據(jù)報道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，據(jù)報道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因?yàn)殇\電池容量更大，而且沒有鉛污染，其電池反應(yīng)因?yàn)殇\電池容量更大，而且沒有鉛污染，其電池反應(yīng)為：為：2Zn + O2 2ZnO，原料為鋅粒、電解液和空氣，原料為鋅粒、電解液和空氣，則下列敘述正確的是則下列敘述正確的是( ) A.鋅為正極，空氣進(jìn)入負(fù)極反應(yīng)鋅為正極，空氣進(jìn)入負(fù)極反應(yīng) B.負(fù)極反應(yīng)為負(fù)極反應(yīng)為Zn 2e- Zn2+ C.正極發(fā)生氧化反應(yīng)正極發(fā)生氧