化學(xué)：42《化學(xué)電源》

1、第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)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，你用過哪些電池，你知在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？道電池的其它應(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產(chǎn)生的熱將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置堿性鋅錳電池、鋅銀電池、堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池等

2、。電池、鋰離子電池等。廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品?；⑥k公及家用電子產(chǎn)品。高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。有特殊應(yīng)用?！舅伎妓伎肌磕壳盎瘜W(xué)電池主要分為哪幾個大類？目前化學(xué)電池主要分為哪幾個大類？ 在性能等方面它們各有什么特點？在性能等方面它們各有什么特點？ 產(chǎn)生電能的基本原理是什么？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？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？知識點知識點1：化學(xué)電池：化學(xué)電池1)概念概念:將化學(xué)能變成電能的裝置將化學(xué)能變成電能的裝

3、置2)分類分類:一次電池又稱不可充電電池一次電池又稱不可充電電池如：干電池如：干電池二次電池又稱充電電池二次電池又稱充電電池蓄電池蓄電池燃料電池燃料電池3)優(yōu)點優(yōu)點:4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠?？梢灾瞥筛鞣N形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，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。使用方便。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。比能量比能量符號符號(Wh/kg)，(Wh/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少比功率比功率符號

4、是符號是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小指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小電池的儲存時間的長短電池的儲存時間的長短鋰電池鋰電池干電池干電池疊層電池疊層電池紐扣電池紐扣電池各各類類電電池池知識點知識點2：各類電池：各類電池空氣電池空氣電池小型高性能燃料電池小型高性能燃料電池 1 1、干電池、干電池( (堿性鋅錳電池）堿性鋅錳電池）請出各電極的電極反應(yīng)。請出各電極的電極反應(yīng)。一、一、 一次電池一次電池堿性鋅堿性鋅-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(

5、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)鉛蓄電池、鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池1.鉛蓄電池鉛蓄電池1)正負(fù)極材料正負(fù)極材料正極：正極：PbO2負(fù)極：負(fù)極：Pb2)工作機(jī)制工作機(jī)制電解質(zhì)：電解質(zhì)：H2SO4溶液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過程和充電兩個過程二、二次電池二、二次電池放電過程總反應(yīng)：放電過程總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2

6、SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正極：正極：PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +2H2O 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Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)充電過程充電過程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 還原反應(yīng)還原反應(yīng)陰極：陰極：陽極：陽極：2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H+ 2S

7、O42- 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3)優(yōu)缺點簡析優(yōu)缺點簡析缺點：缺點：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：優(yōu)點：可重復(fù)使用、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、價格低廉價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*2、銀鋅蓄電池 正極殼填充正

8、極殼填充AgAg2 2O O和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液金，電解質(zhì)溶液KOHKOH。反應(yīng)式為：。反應(yīng)式為：Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2 2 寫出電極反應(yīng)式。寫出電極反應(yīng)式。充電充電放電放電銀銀-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，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（此電池放電時，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.A

9、g2O D.ZnD電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：負(fù)極：負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正極：正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-大有發(fā)展前景的燃料電池大有發(fā)展前景的燃料電池 燃料電池燃料電池是利用是利用氫氣、天然氣、甲醇?xì)錃狻⑻烊粴?、甲醇等燃等燃料與料與氧氣或空氣氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃燃料電池的能量轉(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)電的電的2 2倍倍。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池

10、的多。燃料電池的噪聲噪聲及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零廢氣污染都接近零；燃料電池發(fā)明于燃料電池發(fā)明于1919世紀(jì)世紀(jì)3030年代年代末，經(jīng)反復(fù)試驗、改進(jìn)，到末，經(jīng)反復(fù)試驗、改進(jìn)，到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代才開始進(jìn)入年代才開始進(jìn)入實用階段。第一代燃料電池的實用階段。第一代燃料電池的 大致情況如下：大致情況如下： ( (三三) )燃料電池燃料電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池新型燃料電池新型燃料電池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不

11、斷排出電池界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池航天技術(shù)上使用的一種電航天技術(shù)上使用的一種電池，它具有高能、輕便、池，它具有高能、輕便、不污染環(huán)境等優(yōu)點。用不污染環(huán)境等優(yōu)點。用PtPt做電極，做電極，KOHKOH溶液做電解溶液做電解液，因其反應(yīng)與氫氧燃燒液，因其反應(yīng)與氫氧燃燒相似，故稱為氫氧燃燒電相似，故稱為氫氧燃燒電池。請寫出各電極的電極池。請寫出各電極的電極反應(yīng)。反應(yīng)。*氫氧燃料電池若將氫氣換成甲烷，若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應(yīng)寫出各電極的電極反應(yīng)PtPt電極電極H2O2氫氧燃料電池模擬氫氧燃料電池模擬KOH將鉑絲插入將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電溶液作電極，然后向兩個

12、電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，由于發(fā)生的反應(yīng)類似于甲烷的燃燒，所以稱由于發(fā)生的反應(yīng)類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實質(zhì)判斷，作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為通入甲烷的一極為_，這一極的電極反應(yīng)，這一極的電極反應(yīng)為為_；通入氧氣的一極；通入氧氣的一極為為_，電極反應(yīng)為，電極反應(yīng)為_，總，總反應(yīng)為反應(yīng)為_。負(fù)極負(fù)極CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正極正極O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若將氫氣換成甲烷，若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應(yīng)寫出

13、各電極的電極反應(yīng)書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點：書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點：1 1電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)的所有規(guī)則（如所有規(guī)則（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原負(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)（如產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如4價的價的C在在酸性溶酸性溶液中液中以以CO2形式存在，在形式存在，在堿性溶液中堿性溶液中以以CO32形式存形式存在）；在）；2 2將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反將兩極反應(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)

14、即得到另一極反應(yīng)；應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；*用途廣泛的電池用于用于“神六神六”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)專用電池攝像機(jī)專用電池攝像機(jī)專用電池各式各樣的紐扣電各式各樣的紐扣電池池課堂總結(jié)1 1、僅有一個電極材料參與反應(yīng)的原電池：、僅有一個電極材料參與反應(yīng)的原電池：負(fù)極：負(fù)極：M-xe=MM-xe=Mx+x+正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2 2、兩個電極均參與反應(yīng)的原電池、兩個電極均參與反應(yīng)的原電池 （如蓄電池，紐扣電池）（如蓄電池，紐扣電池）電極材料：金屬為負(fù)極，金屬化合物為正極電極材料：金屬為負(fù)

15、極，金屬化合物為正極電子得失均由兩電極本身發(fā)生電子得失均由兩電極本身發(fā)生電極反應(yīng)需考慮電解質(zhì)溶液的參與電極反應(yīng)需考慮電解質(zhì)溶液的參與 3 3、電極材料本身均不參與反應(yīng)的電池（燃料電池）、電極材料本身均不參與反應(yīng)的電池（燃料電池）兩電極材料均為惰性電極兩電極材料均為惰性電極負(fù)極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得負(fù)極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得 電子電子電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液1 1、在含有、在含有H H2 2S S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了AgAg2 2S S），為了除去銀器表面），為了除去銀器表面AgAg2 2S S，可采

16、用如下方法：在一，可采用如下方法：在一個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使銀器與鋁接觸良好過一段時間，銀器表面變?yōu)殂y白色，銀器與鋁接觸良好過一段時間，銀器表面變?yōu)殂y白色，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，請用電極反應(yīng)式和離子方程式表示上述過程請用電極反應(yīng)式和離子方程式表示上述過程鞏 固 練 習(xí)Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S 2 2、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，、熔融鹽燃料電

17、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)猓諡殛枠O燃?xì)?，空氣與氣與COCO2 2的混合氣為陰極燃?xì)?，制得在的混合氣為陰極燃?xì)猓频迷?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=2CO23.3.鋰電池是一代新型高能電池，

18、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=LiMnO=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- -

19、 = 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+B4 4、19911991年我國首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池為能源的新型年我國首創(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，靠空氣中氧使鋁不斷氧化產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)空氣中氧使鋁不斷氧化產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘就發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高分鐘就發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高2020到到5050倍。運倍。運用所學(xué)的化學(xué)知識，推測該新型電池兩極上可能發(fā)生的電用所學(xué)的化學(xué)知識，推測該新型電池兩極上可能發(fā)生的電極反應(yīng)。極反應(yīng)。負(fù)極負(fù)極 正極正極4Al-12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH-不活潑金屬或碳不活潑金屬或碳Cu5 5已知：已知：Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+CuCl+CuCl2 2利用這一反應(yīng)，試?yán)眠@一反應(yīng)，試設(shè)計一個原電池，畫出示意圖，標(biāo)明電極材料名稱，電解設(shè)計一個原電池，畫出示意圖，標(biāo)明電極材料名稱，電解質(zhì)溶液，然后填空：質(zhì)溶液，然后填空：正極正極 ，電極反應(yīng)，電極反應(yīng) 負(fù)極負(fù)極 ，電極反應(yīng)，電極反應(yīng) 2Fe3+2e=2Fe2+