化學(xué)電源省賽一等獎(jiǎng)

第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)化學(xué)電源本講內(nèi)容導(dǎo)讀:一、化學(xué)電池的分類(lèi)二、化學(xué)電池的優(yōu)點(diǎn)三、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)是什么？四、三種不同類(lèi)型電池的工作原理【學(xué)與問(wèn)】：在我們的日常生活中，你知道哪些電池？其中哪些屬于化學(xué)電源？它們?cè)谀男┓矫娴玫綉?yīng)用？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)熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置一、化學(xué)電池的分類(lèi)化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池如：普通干電池、堿性鋅錳電池、銀鋅紐扣電池如：鉛蓄電池、銀鋅蓄電池、鎘鎳電池、鋰離子電池等。如：氫氧燃料電池、甲醇燃料電池等。二、化學(xué)電池的優(yōu)點(diǎn)化學(xué)電源與其它電源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？①能量轉(zhuǎn)化率較高。②供能穩(wěn)定可靠。③可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池及電池組。④使用方便，易于維護(hù)，并可在各種環(huán)境下工作。三、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)是什么？衡量電池優(yōu)劣的指標(biāo)：比能量：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少。單位W·h/g,W·h/L。比功率：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小。單位W/g,W/L。儲(chǔ)存時(shí)間：電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，更適合使用者的需要。四、三種不同類(lèi)型電池的工作原理1、一次電池一次電池中常見(jiàn)的有普通鋅錳干電池，堿性鋅錳電池、銀鋅電池、鋰電池等。例如：（1）普通鋅錳電池的負(fù)極是n，正極是MnO2，電解質(zhì)是NH4Cl和淀粉糊。電極反應(yīng)：負(fù)極：n-2e-＝n2正極：2MnO22NH42e-＝Mn2O32NH3↑H2O總反應(yīng)：n2NH42MnO2＝n2Mn2O32NH3↑H2O例如：（2）堿性鋅錳電池的負(fù)極是n，正極是MnO2，電解質(zhì)是OH。電極反應(yīng)：負(fù)極：n-2e-2OH-＝nOH2正極：2MnO22H2O2e-＝2MnOOH氫氧化氧錳）2OH-總反應(yīng)：n2MnO22H2O＝2MnOOH氫氧化氧錳）nOH2例如：（3）鋅銀電池的負(fù)極是n，正極是Ag2O，電解質(zhì)是OH。電極反應(yīng)：負(fù)極：n-2e-2OH-＝nOH2正極：Ag2OH2O2e-＝2Ag2OH-總反應(yīng)：nAg2OH2O＝nOH22Ag這種電池的比能量大，電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣微型電池，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器等。例如：（4）鋰電池的負(fù)極是Li，正極可以是MnO2、CuO、FeS2等鋰電池的比能量高，電壓高，工作溫度寬，可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)。2、二次電池鉛蓄電池是常見(jiàn)的二次電池，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負(fù)極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)是H2SO4溶液。鉛蓄電池的電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉，所以在生產(chǎn)、生活中使用廣泛。鉛蓄電池放電的電極反應(yīng)如下：負(fù)極：Pbs-2e-SO42-aq＝PbSO4s氧化反應(yīng)）正極：PbO2s4HaqSO42-aq2e-=PbSO4s2H2Ol（還原反應(yīng)）總反應(yīng)：PbsPbO2s2H2SO4aq=2PbSO4s2H2Ol*鉛蓄電池充電的電極反應(yīng)如下：陰極：PbSO4s2e-=PbsSO42-aq還原反應(yīng)）陽(yáng)極：PbSO4s2H2Ol-2e-=PbO2s4HaqSO42-aq（氧化反應(yīng)）總反應(yīng)：2PbSO4s2H2Ol=PbsPbO2s2H2SO4aq目前已開(kāi)發(fā)鎘鎳電池、氫鎳電池、鋅銀電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池等一系列新型蓄電池。3、燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。它與一般電池不同，一般化學(xué)電池的活性物質(zhì)儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，故而限制了電池的容量，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)換元件。它工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)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，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。氫氧燃料電池氫氧燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑作電極，使用酸性電解質(zhì)。負(fù)極室通入H2，在正極室通入O2，經(jīng)過(guò)Pt電極的催化，O2、H在正極上放電生成H2O。負(fù)極：H2-2e-＝2H正極：1/2O22H2e-=H2O總反應(yīng)：H21/2O2=H2O除氫氣外，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體，均可作燃料電池的燃料；除純氧氣外，空氣中的氧氣也可以作氧化劑。燃料電池和普通電池相比較的優(yōu)點(diǎn)：（1）燃料電池的能量轉(zhuǎn)換率超過(guò)80%，遠(yuǎn)高于普通燃燒過(guò)程（能量轉(zhuǎn)換率僅30%），有利于節(jié)約能源（2）燃料電池可以組合成燃料電池發(fā)電站，具有巨大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。（3）燃料電池發(fā)電站排放的廢棄物也比普通火力發(fā)電站少得多，運(yùn)行時(shí)噪音也低。書(shū)寫(xiě)燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式：（3）由燃料電池總反應(yīng)減去確定極的電極反應(yīng)式得另一極的電極反應(yīng)式。

（2）根據(jù)氧化還原反應(yīng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式向產(chǎn)物靠攏，向介質(zhì)靠攏。（1）寫(xiě)出燃燒反應(yīng)，根據(jù)電解液改寫(xiě)燃料電池總反應(yīng)。①酸性介質(zhì)②堿性（或中性）介質(zhì)O24H4e－=2H2OO22H2O4e－=4OH-書(shū)寫(xiě)燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？正極反應(yīng)一般為練習(xí)1CH4、O2、NaOH組成的燃料電池1燃燒總化學(xué)反應(yīng)2燃料電池總反應(yīng)

3正極4負(fù)極CH42OH-2O2=CO32-3H2OO22H2O4e－=4OH-CH410OH--8e－=CO32-7H2OCH42O2=CO22H2O練習(xí)2熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為正極燃?xì)?，制得?5℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：O22CO24e-=2CO32-2COO2=2CO22CO2CO32--4e-=4CO2（1）今有2H2O2=2H2O反應(yīng)構(gòu)成的燃料電池，以O(shè)H為電解質(zhì)溶液。則負(fù)極應(yīng)通入———?dú)怏w，正極應(yīng)通入____氣體。負(fù)極反應(yīng)式為：________________________，正極反應(yīng)式為：________________________。（2）如把OHaq改為H2SO4作電解質(zhì)，則負(fù)極反應(yīng)式為：_________________________，正極反應(yīng)式為：________________________。（3）上面12的電解質(zhì)溶液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，其溶液的pH各有什么變化？1中；2中。（4）如把H2改為CH4，OHaq作電解質(zhì)，則電極負(fù)極反應(yīng)式為：。正極電極反應(yīng)式為：。隨堂思考：H2O22H24OH-—4e-=4H2OO22H2O4e-=