化學(xué)必修二第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

化學(xué)必修二第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能第1頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三發(fā)展中的化學(xué)電源關(guān)于電池你了解多少？你知道電池是如何分類(lèi)的嗎？形狀各異的電池遵循的工作原理是否相同？第2頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三用途廣泛的電池用于汽車(chē)的鉛蓄電池和燃料電池第3頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三用途廣泛的電池用于“神六”的太陽(yáng)能電池筆記本電腦專(zhuān)用電池手機(jī)專(zhuān)用電池?cái)z像機(jī)專(zhuān)用電池各式各樣的紐扣電池小型高性能燃料電池第4頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三分類(lèi)①一次電池（干電池）②二次電池（充電電池）——蓄電池③燃料電池優(yōu)點(diǎn):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比功率指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小③電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短二、化學(xué)電源第5頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）一次電池放電之后不能充電的電池（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的）負(fù)極（鋅筒）：Zn-2e-=Zn2+

1、普通鋅-錳干電池正極（石墨）：2NH4++2MnO2+2e—=2NH3↑+Mn2O3+H2O電池反應(yīng)Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O發(fā)展中的電池鋅筒石墨棒MnO2糊普通鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)電解質(zhì)：NH4Cl糊第6頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，鋅外殼變薄，糊狀電解質(zhì)NH4Cl泄露出來(lái)，使電器腐蝕，產(chǎn)生NH3會(huì)脹氣。為了防止泄露，在外殼套上金屬筒或塑料筒，制成防漏電池。為了延長(zhǎng)電池的壽命和提高性能，將內(nèi)部的NH4Cl換成濕的KOH，并在構(gòu)造上進(jìn)行改進(jìn)，制成堿性鋅錳電池。發(fā)展中的電池第7頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、堿性鋅-錳干電池\KOH\負(fù)極：(-)ZnZn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

(+)MnO2氫氧化氧錳第8頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鈕扣電池：不銹鋼制成一個(gè)由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，已知電池內(nèi)Zn的氧化產(chǎn)物為ZnO，3、銀-鋅電池（紐扣電池）負(fù)極（Zn）：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O

正極（Ag2O

）：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-總反應(yīng)：

Ag2O+Zn=ZnO+2Ag發(fā)展中的電池第9頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(-)Zn│KOH│Ag2O

(+)負(fù)極(Zn)：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極(Ag2O)：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-電池總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag3、銀鋅電池(紐扣電池)比能量大、電壓穩(wěn)定、儲(chǔ)蓄時(shí)間長(zhǎng)，適宜小電流連續(xù)放點(diǎn)第10頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）充電電池二次電池：氧化還原反應(yīng)在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行。放電：化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能，作原電池充電：電能轉(zhuǎn)化化學(xué)能，作電解池發(fā)展中的電池第11頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三12第12頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鉛蓄電池電解質(zhì)溶液：稀H2SO4負(fù)極(Pb)：正極(PbO2)：總反應(yīng)：Pb

-2e-+SO42-=PbSO4PbO2+2e-+

SO42-+4H+

=PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電放電時(shí)Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O鉛蓄電池的充放電過(guò)程：第13頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)充電過(guò)程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-

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

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鉛蓄電池的充放電過(guò)程：放電充電第14頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三缺點(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、氫鎳電池、鋰離子電池、鋅銀電池、聚合物鋰離子蓄電池……鉛蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)析：第15頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三銀-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-第16頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鎳—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-第17頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鎳鎘電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放電充電負(fù)極材料：Cd；正極材料：涂有NiO2，電解質(zhì)：KOH溶液。反應(yīng)式如下：寫(xiě)出電極反應(yīng)式。

特點(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。鎘是有毒金屬，廢棄的鎳鎘電池如不回收，會(huì)污染環(huán)境。第18頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鋰亞硫酰氯電池(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。Li-e-=Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S第19頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三大有發(fā)展前景的燃料電池

燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來(lái)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類(lèi)原電池。它與一般化學(xué)電池不同、一般化學(xué)電池的活性物質(zhì)儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，故限制了電池的容量，而燃料電池的電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。它在工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地排除，于是電池就不斷地提供能量。它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近80%，約為火力發(fā)電的2倍。第20頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）燃料電池電極材料——Pt負(fù)極：通燃料正極：通氧氣總反應(yīng)：燃料燃燒的反應(yīng)第21頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、氫氧燃料電池負(fù)極（Pt）：通氫氣正極（Pt）：通氧氣電解質(zhì)溶液酸性（H+

）堿性（OH-）負(fù)極（Pt）正極（Pt）總反應(yīng)H2-2e-=2H+

O2+4e-+4H+

=2H2O2H2+O2==2H2OH2-2e-+2OH-=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-第22頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三甲烷燃燒電池電解質(zhì)為KOH溶液負(fù)極:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正極:O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng):CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2OKOH溶液CH4O2H2Oab第23頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三甲醇CH3OH燃燒電池電解質(zhì)為KOH溶液負(fù)極:2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O正極:O2+4e-+2H2O=4OH-總反應(yīng):2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O第24頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、固體氧化物燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

負(fù)極正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

第25頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、質(zhì)子交換膜燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

負(fù)極

正極2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O第26頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、熔融鹽燃料電池

電解質(zhì):Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽負(fù)極：CO正極：空氣與CO2的混合氣負(fù)極：CO-2e-

+CO32-=2CO2正極：總反應(yīng)式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2第27頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

[思考]

為什么廢舊電池必須回收，不能亂扔？防止重金屬離子、酸堿性物質(zhì)污染環(huán)境如Hg2+,Cd2+回收利用有色金屬，節(jié)約資源第28頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三減少污染節(jié)約資源第29頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅—錳堿性電池以氫