化學(xué)電源實用教案

1、疊層電池紐扣電池1、各類電池(dinch)太陽能電池(dinch)鉛蓄電池第1頁/共28頁第一頁，共29頁。2、化學(xué)電池1)概念(ginin):將化學(xué)能變成電能(dinnng)的裝置2)分類(fn li):一次電池又稱不可充電電池或干電池二次電池又稱充電電池或蓄電池燃料電池3)優(yōu)點: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，使用方便易維護，可在各種環(huán)境下工作第2頁/共28頁第二頁，共29頁。4)電池優(yōu)劣的判斷(pndun)標(biāo)準:比能量(nngling)單位(dnwi)：(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。比功率單位：（

2、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。電池的可儲存時間的長短 除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好。第3頁/共28頁第三頁，共29頁。二、化學(xué)電池的分類二、化學(xué)電池的分類(fn li)化學(xué)電池化學(xué)電池一次電池一次電池(dinch)二次電池二次電池(dinch)燃料電池燃料電池堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池鉛蓄電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池鋰離子電池鋰離子電池銀鋅蓄電池銀鋅蓄電池普通普通鋅錳鋅錳干電池干電池鋅銀紐扣電池鋅銀紐扣電池化學(xué)電源化學(xué)電源第4頁/共28頁第四頁，共29頁。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

3、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、普通、普通(ptng)干干電池電池負極負極(fj)正極正極(zhngj)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：（Zn）：）：Zn 2e- = Zn2+（MnO2和和C）：）：優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。 缺點：放電時間短，電壓下降快。缺點：放電時間短，電壓下降快。2NH4+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2OZn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O(一)一次電池第5頁/共28頁第五頁，共29頁。2、堿性(jin xn)鋅-錳干電池負極

4、(fj)Zn正極(zhngj)MnO2電池反應(yīng)：電解質(zhì)：KOHZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考該電池的正負極材料和電解質(zhì)？缺點：缺點：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴優(yōu)點：優(yōu)點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流 和連續(xù)放電和連續(xù)放電第6頁/共28頁第六頁，共29頁。3、鋅銀鈕扣、鋅銀鈕扣(ni ku)電池電池正極正極(zhngj)：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH-負

5、極負極(fj)：Zn +2OH-2e- =Zn(OH)2鋅銀電池的負極是鋅銀電池的負極是Zn，正，正極是極是Ag2O，電解質(zhì)是，電解質(zhì)是KOH?？偡磻?yīng)總反應(yīng): Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2一次電池一次電池第7頁/共28頁第七頁，共29頁。4、鋰電池、鋰電池 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為鋰是密度最小的金屬，用鋰作為(zuwi)電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負極相比較，使用壽命大大延長。極相比較，使用壽命大大延長。一次電池一次電池(dinch)第8頁/共28頁第八頁，共29頁。4、鋰電池、鋰電池（非水有機溶劑電解液）（非水有

6、機溶劑電解液）負極：負極：2Li - 2e- = 2Li+，正極正極(zhngj)：I2 + 2e- = 2I-，總反應(yīng)：總反應(yīng)：2Li + I2 = 2LiI跟其它金屬作負極相比，使用壽命延長跟其它金屬作負極相比，使用壽命延長(ynchng)，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。為什么？效率高、儲存壽命長。為什么？與作負極材料與作負極材料(cilio)的金屬相比較，相同質(zhì)量的金屬相比較，相同質(zhì)量時鋰提供電子數(shù)最多。時鋰提供電子數(shù)最多。一次電池一次電池第9頁/共28頁第九頁，共29頁。鉛蓄電池(dinch)、鎳鎘電池(dinch)、鎳氫電池(dinch)、鋰離

7、子電池(dinch)1、鉛蓄電池1)正負極材料(cilio)正極(zhngj)：PbO2負極：Pb2)工作機制電解質(zhì)：H2SO4 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。(二)二次電池第10頁/共28頁第十頁，共29頁。放電過程(guchng)總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正極(zhngj)：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s)+2H2O(l) 發(fā)生氧化(ynghu)反應(yīng) 發(fā)生還原反應(yīng)負極：放

8、電過程注：鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程。第11頁/共28頁第十一頁，共29頁。充電(chng din)(chng din)過程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) （發(fā)生(fshng)還原反應(yīng)）陰極(ynj)：陽極：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) +4 H+(aq)+ SO42-(aq) （發(fā)生氧化反應(yīng)）接電源負極接電源正極充電過程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過程：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO

9、4(aq)充電放電第12頁/共28頁第十二頁，共29頁。3)優(yōu)缺點簡析缺點(qudin)：比能量低、笨重、廢棄(fiq)電池污染環(huán)境優(yōu)點(yudin)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池第13頁/共28頁第十三頁，共29頁。電池名稱電池名稱電壓電壓主要優(yōu)缺點主要優(yōu)缺點普通電池普通電池（鋅錳電池）（鋅錳電池）1.5V1.5V優(yōu)點優(yōu)點：使用方便，便宜。：使用方便，便宜。缺點缺點：壽命、存放期短，約：壽命、存放期短，約1.51.5年，年，不不能充電能充電。堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池1.5V1.5V優(yōu)點優(yōu)點：電容量大，使用壽命

10、長。：電容量大，使用壽命長。缺點缺點: : 不能充電不能充電，價格較高。，價格較高。鋅銀紐扣電池鋅銀紐扣電池1.5V1.5V優(yōu)點優(yōu)點：體積和質(zhì)量都小，壽命長，約：體積和質(zhì)量都小，壽命長，約2 2年年缺點缺點：不能充電不能充電，價格高。，價格高。鎳鎘電池鎳鎘電池1.3V1.3V優(yōu)點優(yōu)點：體積小，質(zhì)量輕，壽命長，：體積小，質(zhì)量輕，壽命長，可充可充放電放電約約30003000次。次。缺點缺點：價格高。：價格高。鉛蓄電池鉛蓄電池2V2V優(yōu)點優(yōu)點：電壓穩(wěn)，電容量大，：電壓穩(wěn)，電容量大，可充電可充電便宜。便宜。缺點缺點：笨重，防震性差，不防漏：笨重，防震性差，不防漏部分主流產(chǎn)品供電基本原理、性能部分主流產(chǎn)

11、品供電基本原理、性能(xngnng)和相對價格和相對價格一次電池一次電池二次電池二次電池(dinch)第14頁/共28頁第十四頁，共29頁。練習(xí)練習(xí)1: 堿性電池具有容量堿性電池具有容量(rngling)大、放電電流大的特大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅點，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電流總反應(yīng)式為：為電解液，電流總反應(yīng)式為：Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s下列說法錯誤的是下列說法錯誤的是 （ ）A 電池工作時，鋅失去電子電池工作時，鋅失去電子B 電池正極電極反應(yīng)式為：電池正極電極反應(yīng)式為： 2MnO2sH2Ol2

12、eMn2O3s2OHaqC 電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極D 外電路中每通過外電路中每通過02 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小電子，鋅的質(zhì)量理論上減小65 g C C第15頁/共28頁第十五頁，共29頁。練習(xí)練習(xí)2、銀器皿日久表面逐漸變黑色，這是由于生成硫化、銀器皿日久表面逐漸變黑色，這是由于生成硫化銀，有人設(shè)計用原電池原理加以除去，其處理方法為：將銀，有人設(shè)計用原電池原理加以除去，其處理方法為：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時間后，黑色會褪去而銀不會損

13、失。浸入溶液中，放置一段時間后，黑色會褪去而銀不會損失。試 回 答 ： 在 此 原 電 池 反 應(yīng) 中 ， 負 極 發(fā) 生 的 反 應(yīng)試 回 答 ： 在 此 原 電 池 反 應(yīng) 中 ， 負 極 發(fā) 生 的 反 應(yīng)為為 ；正極發(fā)生的反應(yīng)為正極發(fā)生的反應(yīng)為 ；反應(yīng)過程反應(yīng)過程(guchng)中產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，原電池總中產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，原電池總反應(yīng)方程式為反應(yīng)方程式為 Al -3e- = Al3Ag2S+2e- = 2Ag+S2-3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S燃料電池燃料電池(rn lio din ch)第16頁/共28頁第十六頁，共29頁。練習(xí)練習(xí)3.

14、 氫鎳電池氫鎳電池(dinch)是近年開發(fā)出來的可充電電池是近年開發(fā)出來的可充電電池(dinch)，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池(dinch)。氫鎳電池氫鎳電池(dinch)的總反應(yīng)式是：的總反應(yīng)式是： 1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2據(jù)此反應(yīng)判斷，下列敘述中正確的是（據(jù)此反應(yīng)判斷，下列敘述中正確的是（ ）A. 電池電池(dinch)放電時，負極周圍溶液的放電時，負極周圍溶液的pH不斷增大不斷增大B. 電池電池(dinch)放電時，鎳元素被氧化放電時，鎳元素被氧化C. 電池電池(dinch)充電時，氫元素被還原充電時，氫元素被還原D. 電池電池(

15、dinch)放電時，放電時，H2是負極是負極CD放電放電充電充電燃料電池燃料電池(rn lio din ch)第17頁/共28頁第十七頁，共29頁。 燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進行電化學(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。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達近80%，約為火力發(fā)電的2倍。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太多。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；燃料電池發(fā)明于19世紀(shj)30年代末，經(jīng)反復(fù)試驗、改進，到20世紀(shj)60年代才開始進入實用階段。(三)燃料電池(rn lio din ch)第18頁/共28頁第十八頁，共29頁。4

16、、燃料電池(rn lio din ch)負極(fj)H2：正極(zhngj)O2：總反應(yīng)： O2+2H2 =2H2O 氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。堿性介質(zhì)條件下：2H2+4OH- -4e- =4H2O O2+2H2O +4e- =4OH- 第19頁/共28頁第十九頁，共29頁。介質(zhì)電池總反應(yīng)： 2H2 +O2 = 2H2O 酸性負極正極中性負極 正極堿性負極正極2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H

17、2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-不同(b tn)介質(zhì)的燃料電池第20頁/共28頁第二十頁，共29頁。燃料電池(rn lio din ch)的規(guī)律：燃料做負極(fj)，助燃劑氧氣為正極；電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)(huxu fnyng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié) 約能源。燃料電池與前幾種電池的差別：氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出； 優(yōu)點：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對環(huán)境友好 用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊第21頁/共28頁第二十一頁，共29頁。書寫電極書寫電極(dinj)反應(yīng)式應(yīng)注意

18、以下幾反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點點2 2負極失電子所得氧化產(chǎn)物負極失電子所得氧化產(chǎn)物(chnw)(chnw)和正極得電子所得和正極得電子所得還原產(chǎn)物還原產(chǎn)物(chnw)(chnw)，與溶液的酸堿性有關(guān)（如，與溶液的酸堿性有關(guān)（如+4+4價的價的C C在在酸性溶液中以酸性溶液中以CO2CO2形式存在，在堿性溶液中以形式存在，在堿性溶液中以CO32-CO32-形式存形式存在）；在）；1 1將兩極反應(yīng)將兩極反應(yīng)(fnyng)(fnyng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)反應(yīng)(fnyng)(fnyng)，總反應(yīng)，總反應(yīng)(fnyng)(fnyng)減去一極反應(yīng)減去一極反應(yīng)(fn

19、yng)(fnyng)即得到另一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)(fnyng)(fnyng)；3 3溶液中不存在溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它與：在酸性溶液中它與H+結(jié)合成結(jié)合成H2O、在、在堿性或中性溶液中它與水結(jié)合成堿性或中性溶液中它與水結(jié)合成OH-；燃料電池燃料電池第22頁/共28頁第二十二頁，共29頁。電池的發(fā)展電池的發(fā)展(fzhn)方向方向 光電池使用方便，特別是近年來微小型半導(dǎo)體逆變器迅速發(fā)展，促使其應(yīng)用更加快捷。美、日、歐和發(fā)展中國家都制定出龐大(pngd)的光伏技術(shù)發(fā)展計劃，開發(fā)方向是大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，降低成本，不斷擴大產(chǎn)業(yè)。目前已有80多個國家和16的市場開拓從空間

20、轉(zhuǎn)向地面系統(tǒng)應(yīng)用。第23頁/共28頁第二十三頁，共29頁。減 少 污 染節(jié) 約 資 源第24頁/共28頁第二十四頁，共29頁。1. 有人設(shè)計出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成(guchng)原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole- 負極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 正極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 電池放電后，溶液pH升高 A. B. C. D. A 燃料電池燃料電池(rn lio din ch)第25頁/共28頁第二十五頁，共29頁。2:2:氫氣是燃料電池氫氣是燃料電池(rn lio