化學(xué)電源上課用

1、原電池原電池發(fā)生發(fā)生失失電子電子的的氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)發(fā)生發(fā)生得得電子電子的的還原反應(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)）Zn片：片： Zn 2e- = Zn2+Cu片：片：2H+2e- = H2 （銅片在這里起（銅片在這里起傳導(dǎo)電子傳導(dǎo)電子的作用）的作用）電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式：Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2電極反應(yīng)總式：電極反應(yīng)總式： ZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4原電池的工作原理：原電池的工作原理：1.在右圖所示的裝置中，在右圖所示的裝置中，a的金屬性比氫要強，的金屬性比氫要強，b為碳棒，為碳棒，關(guān)于此裝置的各種

2、敘述不正確的是關(guān)于此裝置的各種敘述不正確的是( ) A. 碳棒上有氣體放出，碳棒上有氣體放出， 溶液的溶液的pH增大增大 B. a是正極，是正極，b是負極是負極 C. 導(dǎo)線中有電子流動，導(dǎo)線中有電子流動， 電子從電子從a極流到極流到b極極 D. a極上發(fā)生了氧化反應(yīng)極上發(fā)生了氧化反應(yīng)B電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):比能量比能量 單位：單位：(wh/kg)(wh/kg)，(wh/L)(wh/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少的多少比功率比功率單位單位：（：（W/kgW/kg，W/L)W/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率指電池單位質(zhì)量

3、或單位體積所能輸出功率的大小的大小.電池的可儲存時間的長短電池的可儲存時間的長短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好。功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好?；瘜W(xué)電池化學(xué)電池一次電池一次電池二次電池二次電池燃料電池燃料電池堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池鉛蓄電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池鋰離子電池鋰離子電池銀鋅蓄電池銀鋅蓄電池普通普通鋅錳鋅錳干電池干電池鋅銀紐扣電池鋅銀紐扣電池一、化學(xué)電池的分類一、化學(xué)電池的分類1.堿性鋅堿性鋅-錳干電池錳干電池負極負極-Zn-Zn正極正極MnOMnO2 2電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：電解質(zhì)：

4、電解質(zhì)：KOHZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考該電池的正負極材料和電解質(zhì)？該電池的正負極材料和電解質(zhì)？堿性鋅錳電池的優(yōu)點堿性鋅錳電池的優(yōu)點： 電流穩(wěn)定，放電容量、時間比電流穩(wěn)定，放電容量、時間比干電池增大幾倍，不會氣漲或干電池增大幾倍，不會氣漲或漏液。漏液。鈕扣電池鈕扣電池：不銹鋼制成一個由：不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端填充由盒內(nèi)靠正極一端填充由AgAg2 2O O和和少量石墨組成的正極活性材料，少量石墨

5、組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOHKOH溶液，已知電池內(nèi)溶液，已知電池內(nèi)ZnZn的氧的氧化產(chǎn)物為化產(chǎn)物為ZnOZnO2、銀、銀-鋅電池鋅電池負極：負極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+ 2OHZn+ 2OH- - -2e -2e- - =Zn(OH) =Zn(OH)2 2 Ag2O +H2O +2e- - =2Ag +2OH- Ag2O + Zn+H2O =Zn(O H)2+ 2Ag鉛蓄電池、鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池池3、鉛蓄電池、鉛蓄電池1)正負極材料

6、正負極材料正極：正極：PbO2負極：負極：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)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分為放電和充電兩個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- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)負極：負極：放電過程放電過程鉛蓄電池充電的

7、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) +4 H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)接電源負極接電源負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：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)

8、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、聚合物鋰離子蓄電池離子蓄電池大有發(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、甲醇氫氣、天然氣、甲醇等燃等燃料與料與氧氣或空氣氧氣或空氣進行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的進行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前化學(xué)能直接轉(zhuǎn)

9、化成電能的一類原電池。目前燃燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達近料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達近80%80%，約為火力發(fā)，約為火力發(fā)電的電的2 2倍倍。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的多。燃料電池的噪聲噪聲及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、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世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代末，經(jīng)反復(fù)試驗、改進，到末，經(jīng)反復(fù)試驗、改進，到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代才開始進入年代才開始進入實用階段。第一代燃料電池的實用階段。第一代燃料電池的 大致情況如下：大致情況如下： ( (三三) )燃料電池燃料電池4、燃料電池、

10、燃料電池負極負極H H2 2：正極正極O O2 2：總反應(yīng)：總反應(yīng)： O O2+2+2H2 =2H2O氫氧燃料電池是一種新氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個電極均由如圖示：兩個電極均由多孔性碳制成，通入的多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并在氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。堿性介電極表面放電。堿性介質(zhì)質(zhì)2H2+4OH- -4e- =4H2O O2+2H2O +4e- =4OH- 燃燃 料料 電電 池池介質(zhì)電池反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 酸性負極正極中性負極正極堿性負極正極2H2 - 4e- = 4H+O2 + 4H+ 4e-= 2H2O2H2 -

11、 4e- = 4H+O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-燃料電池的規(guī)律燃料電池的規(guī)律燃料做負極，助燃劑氧氣為正極燃料做負極，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。起傳導(dǎo)電子的作用。能量轉(zhuǎn)化率高能量轉(zhuǎn)化率高(超過超過80%)，普通的，普通的只有只有30%，有利于節(jié)約能源。，有利于節(jié)約能源。燃料電池與前幾種電池的差別：燃料電池與前幾種電池的差別：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 優(yōu)點：優(yōu)點：

12、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，對環(huán)境友好對環(huán)境友好 用途：用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點：書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點：2 2負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如4價的價的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，在形式存在，在堿性溶液中堿性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；1 1將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到將兩極反應(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)即得到另一極反總反應(yīng)，總反應(yīng)減

13、去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；應(yīng)；3 3溶液溶液中不存在中不存在O2：在酸性溶液中它與：在酸性溶液中它與H結(jié)結(jié)合成合成H2O、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OH；練習(xí)練習(xí)2 2： 據(jù)媒體報道：以氫氧燃料電池為動力的公交據(jù)媒體報道：以氫氧燃料電池為動力的公交車即將在北京試運行。質(zhì)子交換膜燃料電池車即將在北京試運行。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCPEMFC）常作為電動汽車的動力源。該燃料電）常作為電動汽車的動力源。該燃料電池以氫為燃料，空氣為氧化劑，鉑做催化劑，導(dǎo)池以氫為燃料，空氣為氧化劑，鉑做催化劑，導(dǎo)電離子是電離子是H H+ +。下列對該燃料電池的描述中正確的。下

14、列對該燃料電池的描述中正確的是是( )正極反應(yīng)為：正極反應(yīng)為：O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 負極反應(yīng)為：負極反應(yīng)為：2H24e = 4H+總的化學(xué)反應(yīng)為：總的化學(xué)反應(yīng)為：2H2 + O2 = 2H2O 氫離子通過電解質(zhì)向正極移動氫離子通過電解質(zhì)向正極移動（A） （B） （C） （D）D練習(xí)練習(xí)3： 一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔 Y2O3 的氧化鋯的氧化鋯 ZrO2 晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2 。下列對該燃料電。下列對該燃料電池說法正確的是池說法正

15、確的是 A 在熔融電解質(zhì)中，在熔融電解質(zhì)中，O2 由負極移向正極由負極移向正極B 電池的總反應(yīng)是：電池的總反應(yīng)是：2C4H1013O2 8CO210H2O C 通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：O24e 2O2 D 通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：2C4H1026e 13O2 4CO25H2OBC練習(xí)練習(xí)4熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用到重視，可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融鹽混合物作電的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與為陽極燃氣，空氣與CO2

16、的混合氣體為陰的混合氣體為陰極助燃氣，制得在極助燃氣，制得在650下工作的燃料電池，完成有下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：關(guān)的電池反應(yīng)式： 陽極反應(yīng)式：陽極反應(yīng)式：2CO+2CO32- 4CO2+4e- 陰極反應(yīng)式：陰極反應(yīng)式：_ 總電池反應(yīng)式：總電池反應(yīng)式：_2CO+O22CO2O2+2CO2+4e- -2CO32- -熔融鹽燃料電池熔融鹽燃料電池（06重慶-27）鉛蓄電池是典型的可充型電池，它的正負極格板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為：24請回答下列問題（不考慮氫、氧的氧化還請回答下列問題（不考慮氫、氧的氧化還原）：原）： （1）放電時：正極的電極反應(yīng)式是）放電時：正極的電極反應(yīng)式是

17、；電解液中；電解液中H2SO4的濃度將變的濃度將變 ；當(dāng)外；當(dāng)外電路通過電路通過1 mol電子時，理論上負極板的質(zhì)電子時，理論上負極板的質(zhì)量增加量增加 g。 （2）在完全放電耗盡）在完全放電耗盡PbO2和和Pb時，若按時，若按右圖連接，電解一段時間后，則在右圖連接，電解一段時間后，則在A電極電極上生成上生成 、B電極上生成電極上生成 ，此時鉛蓄，此時鉛蓄電池的正負極的極性將電池的正負極的極性將 。 Pb+PbO2+4H+2SO42- 2PbSO4+2H2O PbO22e4HSO42PbSO42H2O 對換對換化學(xué)電源化學(xué)電源1、一次電池、一次電池2、二次電池、二次電池3、燃料電池、燃料電池鋅錳

18、干電池鋅錳干電池鉛蓄電池鉛蓄電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池掌握每一類典型掌握每一類典型電池的正負極、電池的正負極、電極反應(yīng)；電極反應(yīng)；了解了解每一類電池的優(yōu)每一類電池的優(yōu)缺點；對其它電缺點；對其它電池有初步的認(rèn)識池有初步的認(rèn)識減減 少少 污污 染染節(jié)節(jié) 約約 資資 源源2.判斷金屬的活動性判斷金屬的活動性原電池的負極為較活潑的金屬，發(fā)生氧化反應(yīng)。原電池的負極為較活潑的金屬，發(fā)生氧化反應(yīng)。 把把A、B、C、D四塊金屬泡在稀四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。若若A、B相連時，相連時，A為負極；為負極；C、D相連，相連，D上上有氣泡逸出；有氣泡逸出；A、C相連時相連時A極減輕；極減輕；B、D相相連，連，B為正極。則四種金屬的活潑性順序由大為正極。則四種金屬的活潑性順序由大到小排列為到小排列為。ACDB 3.改變化學(xué)反應(yīng)速率改變化學(xué)反應(yīng)速率（1 1）加快反應(yīng)速率）加快反應(yīng)速率實驗室制取氫氣，用鋅與稀硫酸反應(yīng)。實驗室制取氫氣，用鋅與稀硫酸反應(yīng)。鋅用純鋅好，還是用粗鋅好（雜質(zhì)為鋅用純鋅好，還是用粗鋅好（雜