化學：4.2 《化學電源》課件

第四章電化學基礎第二節(jié)化學電源化學電源［學與問］在日常生活和學習中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應用嗎？電池化學電池太陽能電池原子能電池將化學能轉換成電能的裝置將太陽能轉換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時產生的熱能通過熱能轉換器轉變?yōu)殡娔艿难b置知識點1：化學電池1)概念:將化學能變成電能的裝置2)分類:①一次電池又稱不可充電電池——如：干電池②二次電池又稱充電電池——蓄電池③燃料電池3)優(yōu)點:4)電池優(yōu)劣的判斷標準:①能量轉換效率高，供能穩(wěn)定可靠。②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。③易維護，可在各種環(huán)境下工作。①比能量［符號(A·h/kg)，(A·h/L)］指電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[符號是W/kg，W/L)]指電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大小③電池的儲存時間的長短鋰電池干電池疊層電池紐扣電池各類電池知識點2：各類電池1、干電池(普通鋅錳電池）干電池用鋅制桶形外殼作負極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作電解質溶液，還填充MnO2的黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產生極化現(xiàn)象。請寫出各電極的電極反應。(一)一次電池練：寫出鋅錳干電池的電極反應和總化學反應方程式。負極————————————————正極————————————————總反應———————————————通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經不能正常供電了？_____________________________我們在使用干電池的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產生，請推測可能是干電池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+鋅筒變軟，電池表面變得不平整MnO2

缺點：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液2NH4++2e-=2NH3+H2，H2+2MnO2=Mn2O3+H2OZn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O2.堿性鋅-錳干電池負極：正極：電池反應：電解夜：KOH溶液——Zn——MnO2和CZn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2［思考］該電池的正負極材料和電解質．

改進后堿性鋅錳電池的優(yōu)點：電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍，不會氣漲或漏液。3.銀鋅電池總反應式:

Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2

電極反應式:負極:Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2正極:Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－電解液:KOH溶液這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時間長，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電子手表、照相機、計算器和其他微型電子儀器。4.鋰電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S負極：

；正極：

。用途：質輕、高能(比能量高)、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應用于軍事和航空領域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S鉛蓄電池1)正負極材料正極：PbO2負極：Pb2)工作機制電解質：H2SO4溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應分為放電和充電兩個過程(二)二次電池放電過程總反應：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正極：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)

氧化反應

還原反應負極：①放電過程鉛蓄電池充電的反應則是上述反應的逆過程Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)充電過程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)

還原反應陰極：陽極：2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)

氧化反應接電源負極接電源正極充電過程總反應：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過程：放電充電3)優(yōu)缺點簡析缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池……銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD電極反應：負極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-正極殼填充Ag2O和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，電解質溶液KOH。鎳-鎘可充電電池可發(fā)生如下反應：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池的負極材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電A.Cd

（A）B.

NiO(OH)

D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2電極反應：負極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-負極材料：Cd；正極材料：涂有NiO2，電解質：KOH溶液(三)燃料電池

燃料

O2

電解質溶液電極材料：多孔性鎳、鉑電解質溶液：KOH等強堿、H2SO4等強酸、NaCl等鹽溶液1、燃料電池的構成

常見燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等①氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；②反應產物不斷排出；③能量轉化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源。燃料電池與前幾種電池的差別：燃料電池的規(guī)律①燃料做負極，助燃劑氧氣為正極②電極材料一般不參加化學反應，只起傳導電子的作用。②再寫正極反應：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－酸性①先寫總反應：燃料在氧氣中的燃燒2、燃料電池的電極反應的書寫若有CO2生成，且電解質為強堿時，考慮CO2+2OH—=CO32—+H2OO2＋4H+＋4e－＝2H2O堿性③最后寫負極反應：總反應減去正極反應e-e-H2O2氫氧燃料電池負極:2H2-4e-=4H+正極:O2+4H++4e-=2H2O總反應:2H2+O2=2H2O電解質溶液為酸性:電解質溶液為堿性:負極:2H2+4OH--4e-=4H2O正極:O2+2H2O+4e-=4OH-總反應:2H2+O2=2H2OAPt(-)Pt(+)氫氧燃料電池工作原理負極室正極室隔膜電解質溶液

①CH4燃料電池用導線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入CH4和O2，該電池的反應式為：

負極：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O

正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－總反應式：CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O烴類燃料電池負極：2C4H10＋26O2－－52e－===8CO2＋10H2O正極：13O2＋52e－===26O2－總反應式：2C4H10＋13O2==8CO2＋10H2O用導線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入CH3OH(或乙醇)和O2，則發(fā)生了原電池反應。甲醇電池的反應式為：負極：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO32－＋12H2O正極：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－總反應式：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO32－＋6H2O醇類燃料電池熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，該原電池的反應式為：負極：2CO＋2CO32－－4e－===4CO2正極：O2＋2CO2＋4e－===2CO32－總反應式：2CO＋O2===2CO2熔融鹽燃料電池1、用兩根鉑絲作電極插入KOH溶液中，再分別向兩極通入甲烷氣體和氧氣，可形成原電池——燃料電池，該電池放電時發(fā)生的反應為CH4＋2KOH＋2O2===K2CO3＋3H2O，下列說法錯誤的是()A．通甲烷的一極為負極，通氧氣的一極為正極B．放電時，通入O2一極附近溶液的pH升高C．放電一段時間后，KOH的物質的量不發(fā)生變化D．通甲烷極的電極反應式是：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O隨堂練習解析：

原電池的負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，由總反應式知，此燃料電池的電極反應式是：正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－負極：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O由此可見A、B、D正確，C錯誤。

C2、固體氧化物燃料電池是由美國西屋(Westinghouse)公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯—氧化釔為電解質，這種固體電解質在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應。下列判斷正確的是()A．有O2參加反應的a極為電池的負極B．有H2參加反應的b極為電池的正極C．a極對應的電極反應式為：O2＋2H2O－4e－===4OH－D．該電池的總反應方程式為：2H2＋O2==