第二節(jié)化學(xué)電源

1、2009年3月，美國(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)家塞達(dá)爾及其同事研制出一種革命性的手機(jī)電池，與充電時(shí)間需要幾個(gè)小時(shí)的普通電池相比，這種電池只需10秒鐘便可完成充電過(guò)程，新電池的充電速度是傳統(tǒng)電池的100倍，23年內(nèi)便可用在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機(jī)和照相機(jī)上。此外，同樣的技術(shù)也可大大縮短電動(dòng)汽車的充電時(shí)間，能夠與傳統(tǒng)汽車的加油時(shí)間不相上下，進(jìn)而掃除綠色環(huán)保汽車面臨的最大障礙之一。這項(xiàng)技術(shù)也可用于研制新一代體積更小、重量更輕的電池，讓手機(jī)和筆記本電池的個(gè)頭只有一張信用卡大小。那么，你還知道哪些化學(xué)電源呢？它們的工作原理是什么呢？ 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各類

2、電池各類電池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于用于“神六神六”的太陽(yáng)能電的太陽(yáng)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學(xué)與問(wèn)學(xué)與問(wèn)在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過(guò)哪些電池，你知在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過(guò)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(yáng)能電池太陽(yáng)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(yáng)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)熱能將放射性同位素

3、自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能通過(guò)熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置1概念概念化學(xué)電池是利用化學(xué)電池是利用_原理，將原理，將_轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為_的裝置。的裝置。原電池原電池化學(xué)能化學(xué)能電能電能一、化學(xué)電池一、化學(xué)電池2化學(xué)電池的分類化學(xué)電池的分類一次一次二次二次燃料燃料3化學(xué)電池的優(yōu)點(diǎn)化學(xué)電池的優(yōu)點(diǎn)(1)化學(xué)電池的能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定可靠?；瘜W(xué)電池的能量轉(zhuǎn)換效率較高，供能穩(wěn)定可靠。(2)可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池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。及電池組。(3)使用方便，易于維護(hù)。使用方便，易于維護(hù)。(1)比能量比能量：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電

4、能的多少，單位：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少，單位(Wh)/kg或或(Wh)/L。(2)比功率比功率：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位：即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小，單位W/kg或或W/L。(3)比時(shí)間比時(shí)間:電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。4判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn) 除特殊情況外除特殊情況外, ,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)的電池時(shí)間長(zhǎng)的電池, ,更適合使用者的需要。更適合使用者的需要。2MnO2 + 2e-+ 2H2O 2MnOOH + 2OH-3.高能電池：高能電

5、池：總反應(yīng)總反應(yīng) Zn+2NHZn+2NH4 4+ +2MnO+2MnO2 2=Zn=Zn2+2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O負(fù)極負(fù)極: :2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e-+ 2MnO+ 2MnO2 2MnMn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3H H2 2 O O1.普通鋅錳干電池普通鋅錳干電池:活性物質(zhì)為活性物質(zhì)為NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)和淀粉糊作電解質(zhì),還填有還填有MnO2 和炭黑和炭黑.電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式：Zn - 2eZn - 2e-ZnZn2+ 2+ 正極正極: : 2.堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池:活性物質(zhì)為活性物

6、質(zhì)為KOH和淀粉糊作電解質(zhì)和淀粉糊作電解質(zhì),還填有還填有MnO2 和炭黑和炭黑.電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式： 總反應(yīng)總反應(yīng): Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+ Zn(OH)2Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2 負(fù)極：負(fù)極： 正極：正極：二、化學(xué)電池的分類介紹二、化學(xué)電池的分類介紹一次電池一次電池(2)Li電池電池:負(fù)極負(fù)極:Li,正極可以是正極可以是:CuO、FeS2 、MnO2 、C等等;無(wú)機(jī)溶劑亞硫酰氯無(wú)機(jī)溶劑亞硫酰氯 SOCl2 在炭極上發(fā)生還原反應(yīng)在炭極上發(fā)生還原反應(yīng).電解液電解液是由四氯鋁化鋰是由四氯鋁化鋰 LiAlCl4 溶解于亞硫酰氯中組成溶解于亞硫酰氯中組成.它

7、的總它的總反應(yīng)是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應(yīng),生成氯化鋰、亞硫酸鋰和生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。硫。總反應(yīng)總反應(yīng)：8Li3SOCl26LiClLi2SO32S(1)AgZn電池電池:負(fù)極為負(fù)極為Zn,正極為正極為Ag2O,電解質(zhì)電解質(zhì):KOH,特點(diǎn)特點(diǎn):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、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、便攜等優(yōu)點(diǎn)。便攜等優(yōu)點(diǎn)。電池反應(yīng)電池反應(yīng): Zn + Ag2O +H2O Zn(OH) 2+ 2Ag 負(fù)極負(fù)極:正極正極:Zn+2OH- 2e- Zn(OH) 2 ; Ag2O + H2O2e-2Ag + 2OH- ; (-)

8、 8Li8e-=8Li+ ; (+) 3SOCl2+8e- = 6Cl- +2S+SO32-電池電池特點(diǎn)特點(diǎn): :比能量高、電壓高、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、工作溫度寬等優(yōu)點(diǎn)比能量高、電壓高、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、工作溫度寬等優(yōu)點(diǎn). .C【例2】. .鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量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，目前已研制成功輕、能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)為多種鋰電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為L(zhǎng)i + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列說(shuō)法正確的是（下列說(shuō)法正確的是（ ）A A、 LiLi是正極，電極反應(yīng)為是正極

9、，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i 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L(zhǎng)i 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L(zhǎng)i Li 2e2e- - = Li= Li2+2+B【例3】 見藍(lán)本P65 【活學(xué)活用】3題 鉛蓄電池鉛蓄電池：其電池反應(yīng)可以正向和逆向進(jìn)行其電池反應(yīng)可以正向和逆向進(jìn)行.蓄電池放電時(shí)為自發(fā)電蓄電池放電時(shí)為自發(fā)電池池,充電時(shí)為電解池充電時(shí)為電解池.充電后電池容量

10、得到恢復(fù)充電后電池容量得到恢復(fù),充放電次數(shù)可達(dá)千充放電次數(shù)可達(dá)千百次百次 . 1.1.放電時(shí)電極反應(yīng)式放電時(shí)電極反應(yīng)式: : 總反應(yīng)：總反應(yīng)：Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O 放電放電充電充電二次電池二次電池PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-PbSO4 + 2H2O2.(2.(充充放電放電) )可逆反應(yīng)式可逆反應(yīng)式:充電充電時(shí)電極反應(yīng)式與放電時(shí)電極反應(yīng)式相反時(shí)電極反應(yīng)式與放電時(shí)電極反應(yīng)式相反,所以可以把所以可以把上述反應(yīng)寫成一個(gè)可逆反應(yīng)式上述反應(yīng)寫成一個(gè)可逆反應(yīng)式 Pb + PbO2 + 2H2SO 4 2PbSO4+2H2O正極：正極：Pb + S

11、O42- -2e-PbSO4 負(fù)極負(fù)極:【例1】 銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過(guò)程可表示為：源，它的充電和放電過(guò)程可表示為：2AgZn(OH)2 Ag2OZnH2O，在此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是在此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是()AAg BZn(OH)2CAg2O DZnD【例2】蓄電池在放電時(shí)起原電池的作用，在充電時(shí)起電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分別在充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)：FeNiO22H2O Fe(OH)2Ni(OH)2 下列有關(guān)愛迪生蓄電池的推斷錯(cuò)誤的是()A放電時(shí)，F(xiàn)e是負(fù)極，NiO2是正極B蓄電池的電極可以浸

12、入某種酸性電解質(zhì)溶液中C充電時(shí)，陰極上的電極反應(yīng)為： Fe(OH)22eFe2OHD放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陰離子向正極方向移動(dòng)BD【例3】實(shí)驗(yàn)室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水制取氯氣實(shí)驗(yàn)室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水制取氯氣, ,已知鉛蓄電池放電時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：已知鉛蓄電池放電時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)： 負(fù)極：負(fù)極：Pb + SOPb + SO4 42-2-2e-2e- -PbSOPbSO4 4 正極正極: PbO: PbO2 2+4H+4H+ +SO+SO4 42-2-+2e+2e- -PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O O 今若制得今若制得ClCl2 2 0.050mol, 0.050mo

13、l,這時(shí)電池內(nèi)消耗這時(shí)電池內(nèi)消耗n(Hn(H2 2SOSO4 4) ) 是是( ) ( ) A.0.025mol A.0.025molB.0.050mol C.0.10mol D.0.20molB.0.050mol C.0.10mol D.0.20molC石墨電極石墨電極Na2SO4溶液溶液 電解槽電解槽 電池中附有氧氣的碳棒為正極，附電池中附有氧氣的碳棒為正極，附有氧有氧氣的碳棒為正極氣的碳棒為正極。電子賀卡電子賀卡賀卡發(fā)出紅光賀卡發(fā)出紅光和音樂(lè)聲音和音樂(lè)聲音氫氧燃料電池帶動(dòng)小電器氫氧燃料電池帶動(dòng)小電器1.氫氧燃料電池氫氧燃料電池：一種高效低污染的新型電池。一種高效低污染的新型電池。 A.酸

14、性條件下工作原理：酸性條件下工作原理： 一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池一種連續(xù)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.電池的電極本身不包含活性物質(zhì)電池的電極本身不包含活性物質(zhì),只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件.工作時(shí)工作時(shí),燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給,在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng),生成生成物不斷地被排除物不斷地被排除,于是電池就連續(xù)不斷地提供電能于是電池就連續(xù)不斷地提供電能.清潔、能量轉(zhuǎn)清潔、能量轉(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)。換率高的特點(diǎn)。燃料電池燃料電池:正極正極:O2 + 4H+ + 4e-2H2O ; 負(fù)極負(fù)極:2H

15、2 - 4e-4H+總總(電池電池)反應(yīng)：反應(yīng)：2H2 + O22H2O B.堿性條件下工作原理：堿性條件下工作原理： 正極正極:O2 + 2H2O 4e-4OH- ; 負(fù)極負(fù)極:2H2+4OH- 4e-4H2O 總總(電池電池)反應(yīng)：反應(yīng)：2H2 + O22H2O燃燃 料料 電電 池池介質(zhì)電池反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 酸性負(fù)極正極中性負(fù)極 正極堿性負(fù)極正極2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-

16、優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對(duì)環(huán)境友好對(duì)環(huán)境友好 用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊2.其它燃料電池：其它燃料電池：是用金屬鉑片插入是用金屬鉑片插入KOH溶液作溶液作電極電極,又在兩極上分別通甲烷又在兩極上分別通甲烷 或其它烴或其它烴燃料燃料 和氧氣和氧氣 氧化劑氧化劑 。負(fù)極負(fù)極：CH410OH-8e CO32-7H2O； 正極正極：4H2O2O28e 8OH。 電池反應(yīng)為：電池反應(yīng)為：CH42O22KOHK2CO33H2O電極反應(yīng)式為：電極反應(yīng)式為：飛船上使用的氫氧燃料電池的兩個(gè)電極均由多孔性碳制成。通入的氣體由空隙中逸出，并在電極

17、表面放電，總反應(yīng)式為：2H2O22H2O(1)以KOH溶液為電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通入_ ，電極反應(yīng)式為_ ， 正極通入_，電極反應(yīng)式為_(2)如把KOH溶液改為稀H2SO4作電解質(zhì)則電極反應(yīng)為負(fù)極_， 正極_。(3)如把KOH溶液改為NaCl溶液作電解質(zhì)則電極反應(yīng)為負(fù)極_ _ ， 正極_。H2O2O22H2O4e4OH2H24e4 H O24H4e2H2O2H24e4HO22H2O4e4OH2H24OH4e4H2O燃料電池是使氣體燃料氧化直接產(chǎn)生電流的裝置，燃料電池的研究是本世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池：一個(gè)電極通入空氣，另一個(gè)電極通入丁烷，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y

18、2O3(三氧化二釔)的ZrO2(二氧化鋯)晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2，試回答下列問(wèn)題：(1)該電池放電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：_。(2)該燃料電池的電極反應(yīng)式為：正極：13O252e26O2負(fù)極：2C4H1026O252e8CO210H2O則固體電解質(zhì)中的O2向_極移動(dòng)。(填“正”或“負(fù)”)負(fù)2C4H1013O28CO210H2O電池的發(fā)展方向電池的發(fā)展方向 光電池使用方便光電池使用方便, ,特別是近年來(lái)特別是近年來(lái) 微小型半導(dǎo)體逆變微小型半導(dǎo)體逆變器迅速發(fā)展器迅速發(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)展歐和發(fā)展中國(guó)家都制定出龐大的中國(guó)家都制定出龐大的 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)方開發(fā)方向是大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換