胡濤化學(xué)與社會(huì)06電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的能量

1、第第6講講 電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的能量電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的能量化學(xué)電池化學(xué)電池 電池電池(cell) (cell) 電池組（電池組（batterybattery）電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史電池發(fā)展簡(jiǎn)史負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)正極發(fā)生還原反應(yīng)電子得失通過(guò)外部線路進(jìn)行電池的本質(zhì) 金屬導(dǎo)體如 Cu、Zn 惰性導(dǎo)體如 Pt、石墨棒電極 (aq) Zn 2eZn(s)：)( 極2-+-氧化反應(yīng)電子流出負(fù) Cu(s) 2e(aq)Cu：)( 極2+-+還原反應(yīng)電子流入正Cu(s)(aq) Zn(aq)Cu Zn(s) 電池反應(yīng)：22+電池電池基本

2、原理基本原理 同一種元素不同價(jià)態(tài)的物質(zhì)可組成同一種元素不同價(jià)態(tài)的物質(zhì)可組成氧化還原電對(duì)氧化還原電對(duì)(redox couple)。例如例如: Zn2+ | Zn 、 Cu2+ | Cu 除金屬與其離子可組成電對(duì)外，同一種元素不同除金屬與其離子可組成電對(duì)外，同一種元素不同氧化數(shù)的金屬離子、非金屬單質(zhì)與其相應(yīng)的離子以及氧化數(shù)的金屬離子、非金屬單質(zhì)與其相應(yīng)的離子以及金屬與其難溶鹽都可構(gòu)成電對(duì)。金屬與其難溶鹽都可構(gòu)成電對(duì)。 例如：例如：Fe3+ | Fe2+ 、H+ | H2 、Cl2 | Cl Hg2Cl2 | Hg 、 AgCl |Ag電池電池基本原理基本原理 電極電勢(shì)用符號(hào)電極電勢(shì)用符號(hào)E(氧化型

3、氧化型/還原型還原型)表示，單位是表示，單位是V。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電極電勢(shì)用符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電極電勢(shì)用符號(hào)E(氧化型氧化型/還原型還原型)表示。表示。 例如：鋅電極的電極電勢(shì)表示為：例如：鋅電極的電極電勢(shì)表示為：E(Zn2+ / Zn)；鋅；鋅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表示為：電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表示為： E (Zn2+ / Zn)原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)：( )( )-+-=EEEMF 電池電池基本原理基本原理 將待測(cè)電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池，將待測(cè)電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池，可以測(cè)出可以測(cè)出待測(cè)電極的電極電勢(shì)待測(cè)電極的電極電勢(shì)電池電池基本原理基本原理 在實(shí)際測(cè)定中在實(shí)際測(cè)定中常采用電極電勢(shì)

4、常采用電極電勢(shì)比較穩(wěn)定、可靠、比較穩(wěn)定、可靠、使用方便的其它使用方便的其它電極作為比較電電極作為比較電極，極，稱(chēng)參比電極。稱(chēng)參比電極。電池電池基本原理基本原理電電 對(duì)對(duì)氧化型氧化型 + + z z e e- - = = 還原型還原型E E/V/VLiLi+ +/Li/LiZnZn2+2+/Zn/ZnH H+ +/H/H2 2CuCu2+2+/Cu/CuF F2 2/F/F- -3.040-3.040-0.762-0.7620 00.3400.3402.872.87氧化能力增強(qiáng)氧化能力增強(qiáng)代數(shù)值增大代數(shù)值增大還原能力增強(qiáng)還原能力增強(qiáng)電池電池基本原理基本原理電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)

5、一次性電池伏打電池 鋅銅電池 碳鋅電池碳鋅電池 鎂錳電池 鋅空氣電池 氫氧電池 水銀電池（鋅汞電池） 氧化銀電池 鋰電池（鋰二氧化錳電池 鋰亞硫酰氯電池）二次電池鉛酸蓄電池 鎳鎘電池 鎳鐵電池 鎳氫電池 鋰離子電池 鋰離子聚合物電池 磷酸鐵鋰電池 全釩氧化還原液流電池電池類(lèi)型干電池（液體電池） 濃差電池 燃料電池 核燃料電池飛輪電池 超級(jí)電容電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： (-)Zn(s) +2OH-(aq)= ZnO(s)+H2O(l)+2e- (+)MnO2(s)+ 2H2O(l) +2e-= Mn(OH)2(s)+ 2OH-(aq)電池反應(yīng)電池反應(yīng): Zn(s)+ MnO2(s

6、)+ H2O(l)= ZnO(s)+ Mn(OH)2(s)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)2PbSO4(s) +2H2O(l) Pb(s)+ PbO2(s)+2H2 SO4(aq) 充電充電放電放電電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)汽車(chē)用鉛酸蓄電池電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)2Ni(OH)2(s) +Cd(OH)2 (s) 2NiOOH+Cd+2H2O充電充電放電放電2Ni(OH)2(s) 2NiOOH+H2充電充電放電放電放電：放電：()LixCn = Cn + xLi+xe- (+)Li1-xMO2+ xLi+ +xe-=LiMO2電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)可快速充放電

7、可快速充放電(低低至至10分鐘分鐘)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)一些常見(jiàn)的電池電池類(lèi)型電池類(lèi)型電壓電壓/v容量容量應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池2.0汽車(chē)汽車(chē)鎳鎳鎘鎘1.21100mAh電子消費(fèi)品電子消費(fèi)品鎳鎳氫氫1.22900mAh電子消費(fèi)品電子消費(fèi)品鋰離子電池鋰離子電池3.78000mAh數(shù)碼產(chǎn)品數(shù)碼產(chǎn)品電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)電池的廢棄處理電池的廢棄處理電池中的重金屬成分電池類(lèi)型電池類(lèi)型污染源污染源重金屬?lài)?yán)重污染的危害重金屬?lài)?yán)重污染的危害鋅錳堿性鋅錳堿性Hg1955年日本水俁病事件年日本水俁病事件鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Pb-鎳鎳鎘鎘Cd日本富山縣引發(fā)大規(guī)模骨痛病日本富山縣引發(fā)大規(guī)模骨痛病北海道野

8、村興產(chǎn)北海道野村興產(chǎn)公司每年從全國(guó)收購(gòu)的廢電池達(dá)公司每年從全國(guó)收購(gòu)的廢電池達(dá)1.3萬(wàn)噸，收集的方式萬(wàn)噸，收集的方式是是93通過(guò)民間環(huán)保組織收集，通過(guò)民間環(huán)保組織收集，7通過(guò)各廠家收集。通過(guò)各廠家收集。以往，主要是回收其中的以往，主要是回收其中的Hg，但目前日本國(guó)內(nèi)電池已，但目前日本國(guó)內(nèi)電池已不含不含Hg了，就主要回收電池的鐵殼和其中了，就主要回收電池的鐵殼和其中“黑黑”原料，原料，并進(jìn)行二次產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)制造，如其中一個(gè)產(chǎn)品可用于并進(jìn)行二次產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)制造，如其中一個(gè)產(chǎn)品可用于電視機(jī)的顯像管。電視機(jī)的顯像管。 電池的廢棄處理電池的廢棄處理德國(guó)：德國(guó)：馬格德堡近郊區(qū)建有一個(gè)馬格德堡近郊區(qū)建有一個(gè)“濕處

9、理濕處理”裝置，在裝置，在這里除鉛酸蓄電池外這里除鉛酸蓄電池外，各類(lèi)電池均溶解于硫酸，各類(lèi)電池均溶解于硫酸，然后，然后借助離子樹(shù)脂從溶液中提取各種金屬物借助離子樹(shù)脂從溶液中提取各種金屬物，用這種方法，用這種方法獲得的原料比熱處理方法純凈，因此在市場(chǎng)上售價(jià)更獲得的原料比熱處理方法純凈，因此在市場(chǎng)上售價(jià)更高，而且電池中包含的各種物質(zhì)有高，而且電池中包含的各種物質(zhì)有95都能提取出來(lái)，都能提取出來(lái)，還可省去分揀環(huán)節(jié)。這套裝置年加工能力可達(dá)還可省去分揀環(huán)節(jié)。這套裝置年加工能力可達(dá)7500噸。噸。電池的廢棄處理電池的廢棄處理瑞士：瑞士：瑞士有兩家專(zhuān)門(mén)加工利用舊電池的工廠，其中瑞士有兩家專(zhuān)門(mén)加工利用舊電池的

10、工廠，其中一家工廠采取的方法是將一家工廠采取的方法是將舊電池磨碎舊電池磨碎，然后送往爐內(nèi)，然后送往爐內(nèi)加熱加熱，這時(shí)可，這時(shí)可提取揮發(fā)出的汞提取揮發(fā)出的汞，溫度更高時(shí)鋅也蒸發(fā)，溫度更高時(shí)鋅也蒸發(fā)，錳和鐵熔合后成為煉鋼所需的錳和鐵熔合后成為煉鋼所需的錳鐵合金錳鐵合金。這家工廠一。這家工廠一年可加工年可加工2000噸廢電池，可獲得噸廢電池，可獲得780噸錳鐵合金、噸錳鐵合金、400噸鋅和噸鋅和3噸汞。另一家工廠則是直接從電池中提取鐵元噸汞。另一家工廠則是直接從電池中提取鐵元素，并將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混素，并將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混合物作為金屬?gòu)U料直接出售。合物作為

11、金屬?gòu)U料直接出售。 電池的廢棄處理電池的廢棄處理美國(guó)：美國(guó)：是在廢電池環(huán)境管理方面立法最多最細(xì)的一個(gè)是在廢電池環(huán)境管理方面立法最多最細(xì)的一個(gè)國(guó)家，不僅建立了完善的廢電池回收體系，而且建立國(guó)家，不僅建立了完善的廢電池回收體系，而且建立了多家廢電池處理廠，同時(shí)堅(jiān)持不懈地向公眾進(jìn)行宣了多家廢電池處理廠，同時(shí)堅(jiān)持不懈地向公眾進(jìn)行宣傳教育，讓公眾自覺(jué)地支持和配合廢電池的回收工作。傳教育，讓公眾自覺(jué)地支持和配合廢電池的回收工作。 電池的廢棄處理電池的廢棄處理電池的廢棄處理電池的廢棄處理電池的廢棄處理電池的廢棄處理新興電池新興電池燃料電池燃料電池燃燒與燃料電池技術(shù)比較過(guò)程過(guò)程燃料燃料氧化劑氧化劑產(chǎn)物與現(xiàn)象產(chǎn)物與現(xiàn)象其他特點(diǎn)其他特點(diǎn)燃料電池燃料電池燃燒與燃料電池技術(shù)比較光伏電池光伏電池硅半導(dǎo)體中光誘導(dǎo)電子的釋放光伏電池光伏電池砷(n-型)或鎵(p-型)摻雜的硅半導(dǎo)體光伏電池光伏電池光伏電池結(jié)構(gòu)示意圖光伏電池光伏電池 光伏電池最早的應(yīng)用光伏電池最早的應(yīng)用是為美國(guó)國(guó)家航空航天是為美國(guó)國(guó)家航空航天局局NASA (National Aeronautics and Space Administration )的飛船的