第二節(jié)化學(xué)電源

1、第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源學(xué)與問學(xué)與問在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池些電池？其中有哪些屬于化學(xué)電池其中有哪些屬于化學(xué)電池?你知道電你知道電池的其它應(yīng)用嗎？池的其它應(yīng)用嗎？ 電池電池化學(xué)電池化學(xué)電池太陽能電池太陽能電池原子能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能通過熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變生的熱能通過熱電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置為電能的裝置用于汽車的鉛蓄電池和燃料電池用于汽車的鉛蓄電池和燃料電池用途廣泛的電池用途廣泛的電池用于用于“神六神六”

2、的太陽能電的太陽能電池池筆記本電腦專用電池筆記本電腦專用電池手機(jī)專用電池手機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池各式各樣的紐扣電各式各樣的紐扣電池池小型高性能小型高性能燃料電池燃料電池 閱讀教材閱讀教材P74頁并回答問題：頁并回答問題：1 1、化學(xué)電池與其它能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？、化學(xué)電池與其它能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？2 2、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？3 3、目前化學(xué)電池主要分哪幾大類？、目前化學(xué)電池主要分哪幾大類？能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠，可以制成各種形狀和能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠，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，易大小、

3、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便，易于維護(hù)，并可在各種環(huán)境下工作于維護(hù)，并可在各種環(huán)境下工作單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，即比能量的比能量的大小大??；輸出功率的大小即；輸出功率的大小即比功率的大小比功率的大小以及電池的存儲(chǔ)以及電池的存儲(chǔ)時(shí)間的長短。時(shí)間的長短。除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長的電池，其質(zhì)量好。多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長的電池，其質(zhì)量好。化化學(xué)學(xué)電電池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氫氣、甲醇、天氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧然氣、煤氣與氧氣組成燃料

4、電池氣組成燃料電池鉛蓄電池鉛蓄電池鋅銀蓄電池鋅銀蓄電池鎳鎘電池鎳鎘電池鋰離子電池鋰離子電池普通干電池普通干電池堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池鋅銀紐扣電池鋅銀紐扣電池 電池中的反應(yīng)物質(zhì)電池中的反應(yīng)物質(zhì)消耗到一定程度，就不能再消耗到一定程度，就不能再次利用。次利用。 又稱充電電池或蓄又稱充電電池或蓄電池。放電后經(jīng)充電可使電電池。放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)獲得重生，池中的活性物質(zhì)獲得重生，恢復(fù)工作能力，可多次重復(fù)恢復(fù)工作能力，可多次重復(fù)使用。使用。 是一種連續(xù)地將燃是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電源，又稱化成電能的化學(xué)電源，又稱連續(xù)電池。連續(xù)電池。二、

5、一次電池二、一次電池普通鋅錳電池普通鋅錳電池堿性電池堿性電池 鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅普通鋅- -錳干電池的結(jié)構(gòu)錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等1、干電池、干電池負(fù)極負(fù)極正極正極422), (Zn NH ClZnCl MnO C2222222M nOHO eM nO O HO H 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：24322222()ZnMnONH ClMnOOHZn NHCl氫氧化氧錳氫氧化氧錳（Zn）：）：Zn 2e- = Zn2+（MnO2和和C）：）：本節(jié)要求會(huì)判斷電池的正負(fù)極，不要求寫電極反應(yīng)式本節(jié)要求會(huì)判斷電池的正負(fù)極，不要求寫電極反應(yīng)式缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：放電量小

6、，放電過程中易氣漲或漏液放電量小，放電過程中易氣漲或漏液2、堿性鋅、堿性鋅-錳干電池錳干電池負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOHZnZnMnOMnO2 2Zn + 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(fù)極材料和電解質(zhì)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)：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，電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間增大幾倍， 不會(huì)氣漲或漏液。不會(huì)氣漲或漏液。3.3.銀鋅電池銀鋅電池總反應(yīng)式總反應(yīng)式:

7、 : ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2 電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式: 負(fù)極負(fù)極: Zn2OH2e-Zn(OH)2 正極正極: Ag2OH2O2e-2Ag2OH 電解液電解液: KOH溶液溶液 這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長，適這種電池比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)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。子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。4、鋰電池鋰電池：鋰電池：（- -）LiLi（S S） LiILiI（晶片）（晶片） I I2 2(+(+） 鋰亞硫酰氯電池鋰亞硫酰氯電池(Li-S

8、OCl(Li-SOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S負(fù)極：負(fù)極： ；正極：；正極： 。用途：質(zhì)輕、高能用途：質(zhì)輕、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工、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。作溫度寬、高使用壽命，廣泛應(yīng)用于軍事和航空領(lǐng)域。8Li-88Li-8e e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8+8e e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S三、二次電池三、二次電池 能量：能量： 化學(xué)能化

9、學(xué)能電能電能 放電放電 充電充電 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(fù)極：負(fù)極：放電過程：放電過程：鉛蓄電池充電的反應(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2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充電過程：充電過程：PbSO4 (s

10、) +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) + H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源負(fù)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：放電放電充電充電放電過程為化學(xué)電池！放電過程為化學(xué)電池！3)優(yōu)缺點(diǎn)簡析優(yōu)缺點(diǎn)簡析缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、

11、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(jià)格低廉價(jià)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銀銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的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：充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O放電放電充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（此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：負(fù)極：負(fù)極：Zn-2e-+2OH

12、-=Zn(OH)2 正極：正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-四、燃料電池四、燃料電池 燃料燃料 O2 電解質(zhì)電解質(zhì)溶液溶液 電極材料電極材料 ：多孔性鎳、鉑：多孔性鎳、鉑 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液 ：KOH等強(qiáng)堿、等強(qiáng)堿、 H2SO4等強(qiáng)酸、等強(qiáng)酸、NaCl等鹽溶液等鹽溶液1 1、燃料電池的構(gòu)成、燃料電池的構(gòu)成 常見燃料：常見燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等等 e-e-H2O2燃料電池燃料電池負(fù)極負(fù)極:2H2 - 4e- = 4H+正極正極:O2 + 4H+4e- = 2H2O總反應(yīng)總反應(yīng):2H2 + O2 = 2H2O電解質(zhì)溶液為酸性電解質(zhì)溶液為酸性:電解質(zhì)溶液為堿性

13、電解質(zhì)溶液為堿性:負(fù)極負(fù)極:2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O正極正極:O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-總反應(yīng)總反應(yīng):2H2 + O2 = 2H2OAPt(-)Pt(+)氫氧燃料電池工作原理氫氧燃料電池工作原理負(fù)極室負(fù)極室正極室正極室隔膜隔膜電解質(zhì)電解質(zhì)溶液溶液再寫正極再寫正極 反應(yīng)：反應(yīng)：O22H2O4e4OH 酸性酸性 先寫總反應(yīng)：燃料在氧氣中的燃燒先寫總反應(yīng)：燃料在氧氣中的燃燒2 2、燃料電池的電極反應(yīng)的書寫、燃料電池的電極反應(yīng)的書寫若有若有CO2生成，且電解質(zhì)為強(qiáng)堿時(shí)，生成，且電解質(zhì)為強(qiáng)堿時(shí)，考慮考慮CO2+2OH=CO32+H2OO24H+4e 2H2O 堿性

14、堿性 最后寫負(fù)極反應(yīng)：最后寫負(fù)極反應(yīng)： 總反應(yīng)減去正極反應(yīng)總反應(yīng)減去正極反應(yīng)APt(-)Pt(+)e-e-CH4O2負(fù)極室負(fù)極室陽極室陽極室隔膜隔膜KOH溶液溶液甲烷氧氣燃料電池工作原理甲烷氧氣燃料電池工作原理負(fù)極負(fù)極:CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O正極正極:2O2+4H2O+8e-=8OH-總反應(yīng)總反應(yīng):CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O大有發(fā)展前景的燃料電池大有發(fā)展前景的燃料電池 燃料電池是利用燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇?xì)錃狻⑻烊粴?、甲醇等燃等燃料與氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來的料與氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池

15、。目前燃化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近80%80%，約為火力發(fā)，約為火力發(fā)電（電（ 30%30% ）的）的2 2倍。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出倍。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲及硫氧化物、氮的廢熱太多。燃料電池的噪聲及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零；被人們譽(yù)為氧化物等廢氣污染都接近零；被人們譽(yù)為“綠綠色色”發(fā)電站。發(fā)電站。 書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1 1電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的所有規(guī)則（如應(yīng)的所有規(guī)則（如“拆拆”、“平平”）；

16、）；3 3負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得負(fù)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(jià)的價(jià)的C在在酸性溶液中以酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以形式存在，在堿性溶液中以CO32形式存在）；形式存在）；2 2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)即得到另一極反應(yīng)；總反應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；化學(xué)電池的組成化學(xué)電池的組成組成組成負(fù)極負(fù)極正極正極電解質(zhì)電解質(zhì) 電極材料電極材料電極上發(fā)電極上發(fā)生反應(yīng)的生反應(yīng)的物質(zhì)物質(zhì)電子流向電子流向反應(yīng)類型反應(yīng)類型

17、能導(dǎo)電的物質(zhì)能導(dǎo)電的物質(zhì)還原性較強(qiáng)的還原性較強(qiáng)的物質(zhì)物質(zhì)(多是金多是金屬電極本身屬電極本身)氧化性較強(qiáng)氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)的物質(zhì)酸溶液酸溶液堿溶液堿溶液鹽溶液鹽溶液或或熔融液熔融液流出電子流出電子流入電子流入電子氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)電池的發(fā)展方向n光電池使用方便光電池使用方便, ,特別是近年來特別是近年來 微小型半導(dǎo)體逆變器迅速微小型半導(dǎo)體逆變器迅速發(fā)展發(fā)展, ,促使其應(yīng)用更加快捷促使其應(yīng)用更加快捷. .美美, ,日日, ,歐和發(fā)展中國家都制定歐和發(fā)展中國家都制定出龐大的出龐大的 光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)劃光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)劃, ,開發(fā)方向是大幅度提高光電開發(fā)方向是大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性池

18、轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性, ,降低成本降低成本, ,不斷擴(kuò)大產(chǎn)不斷擴(kuò)大產(chǎn) 業(yè)業(yè). .目前已有目前已有8080多個(gè)多個(gè)n國家和地區(qū)形成國家和地區(qū)形成n商業(yè)化商業(yè)化, ,半商業(yè)化半商業(yè)化n生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力, ,年均增年均增n長達(dá)長達(dá)16,16,市場開拓市場開拓n從從 空間轉(zhuǎn)向地面空間轉(zhuǎn)向地面n系統(tǒng)應(yīng)用。系統(tǒng)應(yīng)用。1 1、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用因而受到重視，可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，融鹽混合物作電解質(zhì)，COCO為陽極燃?xì)?，空為陽極燃?xì)?，空氣與氣與COCO2 2的混合氣為陰極燃?xì)?/p>

19、，制得在的混合氣為陰極燃?xì)?，制得?565下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO=4CO2 2+4e+4e- -正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO22.2.鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為Li + MnOLi + MnO2 2=LiM

20、nO=LiMnO2 2, ,下列說法正確的是（下列說法正確的是（ ）A A、 LiLi是正極，電極反應(yīng)為是正極，電極反應(yīng)為Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是負(fù)極，電極反應(yīng)為是負(fù)極，電極反應(yīng)為Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 LiLi是負(fù)極，電極反應(yīng)為是負(fù)極，電極反應(yīng)為MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2 D D、 LiLi是負(fù)極，電極反應(yīng)為是負(fù)極，電極反應(yīng)為Li Li 2e2e- - = Li= Li2 2+ +B3 3、19911991年我國首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海年我國首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標(biāo)志燈已經(jīng)研制成功。該燈以海水為電解質(zhì)溶液，靠空水標(biāo)志燈已經(jīng)研制成功。該燈以海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中氧使鋁不斷氧化產(chǎn)生電流。只要把燈