化學(xué)：4.2 《化學(xué)電源》課件

第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)化學(xué)電源化學(xué)電源［學(xué)與問(wèn)］在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過(guò)哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？電池化學(xué)電池太陽(yáng)能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽(yáng)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)生的熱能通過(guò)熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置知識(shí)點(diǎn)1：化學(xué)電池1)概念:將化學(xué)能變成電能的裝置2)分類(lèi):①一次電池又稱(chēng)不可充電電池——如：干電池②二次電池又稱(chēng)充電電池——蓄電池③燃料電池3)優(yōu)點(diǎn):4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):①能量轉(zhuǎn)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(hù)，可在各種環(huán)境下工作。①比能量［符號(hào)(A·h/kg)，(A·h/L)］指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[符號(hào)是W/kg，W/L)]指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大?、垭姵氐膬?chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短鋰電池干電池疊層電池紐扣電池各類(lèi)電池知識(shí)點(diǎn)2：各類(lèi)電池1、干電池(普通鋅錳電池）干電池用鋅制桶形外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周?chē)畛銷(xiāo)H4Cl、ZnCl2和淀粉作電解質(zhì)溶液，還填充MnO2的黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。請(qǐng)寫(xiě)出各電極的電極反應(yīng)。(一)一次電池練：寫(xiě)出鋅錳干電池的電極反應(yīng)和總化學(xué)反應(yīng)方程式。負(fù)極————————————————正極————————————————總反應(yīng)———————————————通常我們可以通過(guò)干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？_____________________________我們?cè)谑褂酶呻姵氐倪^(guò)程中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請(qǐng)推測(cè)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(diǎn)：放電量小，放電過(guò)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(fù)極：正極：電池反應(yīng)：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(fù)極材料和電解質(zhì)．

改進(jìn)后堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍，不會(huì)氣漲或漏液。3.銀鋅電池總反應(yīng)式:

Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2

電極反應(yīng)式:負(fù)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(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，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(jī)、計(jì)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(fù)極：

；正極：

。用途：質(zhì)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(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S鉛蓄電池1)正負(fù)極材料正極：PbO2負(fù)極：Pb2)工作機(jī)制電解質(zhì)：H2SO4溶液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(gè)過(guò)程(二)二次電池放電過(guò)程總反應(yīng)：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(yīng)

還原反應(yīng)負(fù)極：①放電過(guò)程鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過(guò)程Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)充電過(guò)程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)

還原反應(yīng)陰極：陽(yáng)極：2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)

氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源正極充電過(guò)程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過(guò)程：放電充電3)優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)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(guò)程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-正極殼填充Ag2O和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液KOH。鎳-鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池的負(fù)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(yīng)：負(fù)極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

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

燃料

O2

電解質(zhì)溶液電極材料：多孔性鎳、鉑電解質(zhì)溶液：KOH等強(qiáng)堿、H2SO4等強(qiáng)酸、NaCl等鹽溶液1、燃料電池的構(gòu)成

常見(jiàn)燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等①氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；②反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出；③能量轉(zhuǎn)化率高(超過(guò)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(fù)極，助燃劑氧氣為正極②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。②再寫(xiě)正極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－酸性①先寫(xiě)總反應(yīng)：燃料在氧氣中的燃燒2、燃料電池的電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)若有CO2生成，且電解質(zhì)為強(qiáng)堿時(shí)，考慮CO2+2OH—=CO32—+H2OO2＋4H+＋4e－＝2H2O堿性③最后寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)：總反應(yīng)減去正極反應(yīng)e-e-H2O2氫氧燃料電池負(fù)極:2H2-4e-=4H+正極:O2+4H++4e-=2H2O總反應(yīng):2H2+O2=2H2O電解質(zhì)溶液為酸性:電解質(zhì)溶液為堿性:負(fù)極:2H2+4OH--4e-=4H2O正極:O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng):2H2+O2=2H2OAPt(-)Pt(+)氫氧燃料電池工作原理負(fù)極室正極室隔膜電解質(zhì)溶液

①CH4燃料電池用導(dǎo)線(xiàn)相連的兩個(gè)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(yīng)式為：

負(fù)極：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O

正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－總反應(yīng)式：CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O烴類(lèi)燃料電池負(fù)極：2C4H10＋26O2－－52e－===8CO2＋10H2O正極：13O2＋52e－===26O2－總反應(yīng)式：2C4H10＋13O2==8CO2＋10H2O用導(dǎo)線(xiàn)相連的兩個(gè)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(yīng)。甲醇電池的反應(yīng)式為：負(fù)極：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO32－＋12H2O正極：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－總反應(yīng)式：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO32－＋6H2O醇類(lèi)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(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)猓諝馀cCO2的混合氣為正極助燃?xì)?，制得?50℃下工作的燃料電池，該原電池的反應(yīng)式為：負(fù)極：2CO＋2CO32－－4e－===4CO2正極：O2＋2CO2＋4e－===2CO32－總反應(yīng)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(shí)發(fā)生的反應(yīng)為CH4＋2KOH＋2O2===K2CO3＋3H2O，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．通甲烷的一極為負(fù)極，通氧氣的一極為正極B．放電時(shí)，通入O2一極附近溶液的pH升高C．放電一段時(shí)間后，KOH的物質(zhì)的量不發(fā)生變化D．通甲烷極的電極反應(yīng)式是：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O隨堂練習(xí)解析：

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

C2、固體氧化物燃料電池是由美國(guó)西屋(Westinghouse)公司研制開(kāi)發(fā)的。它以固體氧化鋯—氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過(guò)。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(yīng)。下列判斷正確的是()A．有O2參加反應(yīng)的a極為電池的負(fù)極B．有H2參加反應(yīng)的b極為電池的正極C．a(chǎn)極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為：O2＋2H2O－4e－===4OH－D．該電池的總反應(yīng)方程式為：2H2＋O2==