第二節(jié)《化學(xué)電源》

第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)化學(xué)電源人教版選修4·化學(xué)反應(yīng)原理電極材料電子流向反應(yīng)類型組成負(fù)極正極電解質(zhì)酸、堿或鹽的溶液原電池的組成

相對活潑的金屬流出電子氧化反應(yīng)相對不活潑的金屬（或能導(dǎo)電的非金屬）流入電子還原反應(yīng)鋰電池干電池疊層電池紐扣電池各類電池1：各類電池2、化學(xué)電池1)概念:將化學(xué)能變成電能的裝置2)分類:①一次電池又稱不可充電電池或干電池②二次電池又稱充電電池或蓄電池③燃料電池3)優(yōu)點(diǎn):①能量轉(zhuǎn)換效率高，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和電池組，使用方便③易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):①比能量［單位：(w·h/kg)，(w·h/L)］指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[單位：（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.③電池的可儲(chǔ)存時(shí)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(chǔ)存時(shí)間長的電池，其質(zhì)量好。堿性鋅-錳干電池負(fù)極--Zn正極—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(fù)極材料和電解質(zhì)？堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定，放電容量、時(shí)間比干電池增大幾倍，不會(huì)氣漲或漏液。(一)一次電池鈕扣電池：不銹鋼制成一個(gè)由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，已知電池內(nèi)Zn的氧化產(chǎn)物為ZnO2、銀-鋅電池負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2OAg2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-

Ag2O

+Zn=ZnO

+

2Ag3、鉛蓄電池1)正負(fù)極材料正極：PbO2負(fù)極：Pb2)工作機(jī)制電解質(zhì)：H2SO4溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個(gè)過程(二)二次電池放電過程總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正極：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)負(fù)極：①放電過程鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程②充電過程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)

還原反應(yīng)陰極：陽極：2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)

氧化反應(yīng)接電源負(fù)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)+2H2SO4(aq)放電充電3)優(yōu)缺點(diǎn)簡析缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)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……大有發(fā)展前景的燃料電池

燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇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80%，約為火力發(fā)電的2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、氮氧化物等廢氣污染都接近零；燃料電池發(fā)明于19世紀(jì)30年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到20世紀(jì)60年代才開始進(jìn)入實(shí)用階段。第一代燃料電池的

大致情況如下：

(三)燃料電池4、燃料電池負(fù)極H2：正極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(gè)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)2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-

燃料電池2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-燃料電池的規(guī)律①燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極②電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。③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：①氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；②反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對環(huán)境友好優(yōu)點(diǎn)：書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1．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“拆”、“平”）；3．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＋4價(jià)的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32－形式存在）；2．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)；電池的發(fā)展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的光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)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(kuò)大產(chǎn)業(yè).目前已有80多個(gè)國家和16％,市場開拓從空間轉(zhuǎn)向地面系統(tǒng)應(yīng)用。減少污染節(jié)約資源將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個(gè)電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，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應(yīng)的實(shí)質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為____，這一極的電極反應(yīng)為___________________________；通入氧氣的一極為_______，電極反應(yīng)為______________________總反應(yīng)為_______________________________。負(fù)極CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正極O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O1.若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應(yīng)2、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物用作電解質(zhì),CO為陽極燃?xì)?空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)?制得在6500℃下工作的燃料電池,完成有關(guān)的