高二化學(xué)化學(xué)電源

第二節(jié)化學(xué)電源化學(xué)電源［學(xué)與問］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？電池化學(xué)電池太陽能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置干電池紐扣電池鋰電池化學(xué)電源用途廣泛的電池用于汽車的鉛蓄電池和燃料電池化學(xué)電池用途廣泛的電池用于“神六”的太陽能電池筆記本電腦專用電池手機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池電池發(fā)明的小故事1791年他在解剖時(shí)在實(shí)驗(yàn)室將懸有去了皮的青蛙腿的銅鉤掛在鐵架臺(tái)上，發(fā)現(xiàn)蛙腿會(huì)有肌肉抽搐的現(xiàn)象。伽伏尼認(rèn)為動(dòng)物的組織會(huì)產(chǎn)生電流，而金屬是傳遞電流的導(dǎo)體。他從獨(dú)特的角度認(rèn)為電流是由兩種不同的金屬產(chǎn)生的，經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)，終于在1800年成功研制了世界上第一個(gè)能產(chǎn)生穩(wěn)定電流的電池。（意大利生物學(xué)家伽伏尼）（法國物理學(xué)家、化學(xué)家伏特）一.常見的化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池高能電池１.化學(xué)電池分類化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池定義例子電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次氧化還原反應(yīng)并放電之后，就不能再次利用．又稱充電電池或蓄電池在放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)獲得重生，恢復(fù)工作能力，可多次重復(fù)使用．是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電源，又稱連續(xù)電池．干電池：電池中的電解質(zhì)溶液制成膠體，不流動(dòng)，故稱干電池．鉛蓄電池、鋅銀蓄電池、鎳鎘電池、鋰離子電池氫氣、甲醇、天然氣、煤氣與氧氣組成燃料電池。如：普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池小型高性能燃料電池

２.化學(xué)電池優(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。３.判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

（1）比能量［符號(hào)(A·h/kg)，(A·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[符號(hào)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（3）電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)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(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。二.一次電池一次電池(又叫干電池)常見的有：普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、鋅銀電池、鋰電池等。1.普通鋅錳干電池普通鋅錳電池干電池

干電池是用鋅筒外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充ZnCl2，NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2黑色粉末。負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+正極：2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑電池總反應(yīng)為：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3↑+H2↑注意：2MnO2+H2=Mn2O3+H2O4NH3+Zn2+=[Zn(NH3)4]2+缺點(diǎn)：電量小、漲氣、漏液電極:Zn為負(fù)極,MnO2為正極電解液：KOH電極方程式：2.堿性鋅錳干電池：鋅粉和KOH的混合物

金屬外殼電極材料：鋅、石墨負(fù)極：Zn+2OH--2e-Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-電池反應(yīng)：Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+2MnOOH3.鋅銀電池：鋅銀電池的負(fù)極是Zn,正極是Ag2O,電解質(zhì)是KOH，電極方程式：負(fù)極：正極：4.鋰電池：鋰電池的負(fù)極是Li,正極可以是MnO2、CuO、FeS2等Zn+2OH--2e-＝Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-＝2Ag+2OH-總反應(yīng)式:Zn+Ag2O+H2O＝2Ag+Zn(OH)2

鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長(zhǎng)。電池名稱電壓主要優(yōu)缺點(diǎn)普通電池（鋅錳電池）1.5V優(yōu)點(diǎn)：使用方便，便宜。缺點(diǎn)：壽命、存放期短，約1.5年，不能充電。堿性鋅錳電池1.5V優(yōu)點(diǎn)：電容量大，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn):

不能充電，價(jià)格較高。鋅銀紐扣電池1.5V優(yōu)點(diǎn)：體積和質(zhì)量都小，壽命長(zhǎng)，約2年缺點(diǎn)：不能充電，價(jià)格高。鎳鎘電池1.3V優(yōu)點(diǎn)：體積小，質(zhì)量輕，壽命長(zhǎng)，可充放電約3000次。缺點(diǎn)：價(jià)格高。鉛蓄電池2V優(yōu)點(diǎn)：電壓穩(wěn)，電容量大，可充電便宜。缺點(diǎn)：笨重，防震性差，不防漏部分主流產(chǎn)品供電基本原理、性能和相對(duì)價(jià)格二次電池一次電池一次電池鉛蓄電池二次電池特點(diǎn)：

二次電池又稱充電電池或蓄電池，放電后可以再充電，使活性物質(zhì)可以獲得再生。這類電池可反復(fù)多次使用。二.二次電池：電極：Pb為負(fù)極；PbO2為正極.電解液:30%的H2SO4溶液放電的電極反應(yīng)式:負(fù)極(Pb)：

Pb+SO42--2e-＝PbSO4正極(PbO2)：PbO2+4H++SO42-+2e

＝PbSO4+2H2O總電池反應(yīng):PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4↓+2H2O1.鉛蓄電池(二次電池)(1.25～1.28g/cm-3)充電的電極反應(yīng)式:陰極(Pb)：

PbSO4（s)+2e-＝

Pb(s)+SO42-(aq)陽極(PbO2)：PbSO4（s)

+2H2O(l)

-2e

＝PbO2（s)

+4H+(aq)

+SO42-(aq)充電時(shí)的總反應(yīng):2PbSO4（s)

+2H2O(l)

＝PbO2（s)

+Pb

（s)

+2H2SO4(aq)H2SO4(白色沉淀)過程放電過程充電過程負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)兩電極質(zhì)量硫酸溶液能量轉(zhuǎn)換Pb(鉛)→PbSO4(硫酸鉛)PbO2→PbSO4增加硫酸濃度變小,密度變小化學(xué)能→電能PbSO4→

PbO2減少硫酸濃度變大,密度變大電能→化學(xué)能鉛蓄電池2PbSO4+2H2O放電充電(負(fù)極)(正極)Pb+PbO2+2H2SO4(電解液)電池反應(yīng)課堂練習(xí):鉛蓄電池(原電池)的電極分別是PbO2和Pb,電解質(zhì)溶液為稀硫酸溶液,工作時(shí)原電池的總反應(yīng)是:PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O.

根據(jù)上述反應(yīng),判斷:1.原電池的負(fù)極是(填電極材料)_______2.工作時(shí)蓄電池負(fù)極反應(yīng)式為___________3.工作時(shí)蓄電池里電解質(zhì)溶液的PH變化:______電極:Pt制作的惰性電極負(fù)極:2H2-4e-+4OH-＝4H2O正極:O2+2H2O+

4e-＝4OH-

總反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O拓展創(chuàng)新1.氫氧燃料電池負(fù)極：2H2-4e-＝4H+正極:O2+4H++4e-＝2H2O三.新型燃料電池

氫氧燃料電池/甲烷電池/煤氣電池/海水-空氣電池（1）若電解質(zhì)溶液為KOH（2）若電解質(zhì)溶液為酸性：

總反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O你能否寫出在中性條件下的電池反應(yīng)呢？介質(zhì)電池反應(yīng)：2H2+Ｏ２=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+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=4H2O2H2+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2.甲烷-氧燃料電池該電池用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，又在兩極上分別通甲烷和氧氣:

負(fù)極：CH4+10OH--8e-

＝CO32-+7H2O

正極：2O2+4H2O+8e-

＝8OH-

電池總反應(yīng)式為：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O3.鋁-空氣-海水電池

1991年，我國首創(chuàng)，用作海上標(biāo)志燈。以海水為電解液，靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。

負(fù)極：4A1-12e-

＝4A13+

正極：3O2+6H2O+12e-

＝12OH-

電池總反應(yīng)式為：4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3

這種海水電池比“干電池”的能量高20～50倍。心臟起博器中用了這樣一個(gè)原電池(示意圖)：

已知人體血液的pH值在7.35～7.45之間。將心臟起博器，植入如圖紅色區(qū)域靜脈血管內(nèi)，請(qǐng)寫出電極反應(yīng)式并分析其工作原理。放出電脈沖進(jìn)行工作Zn-負(fù)極，Pt-正極；人體體液作電解質(zhì)，溶解氧做氧化劑。負(fù)極反應(yīng)：2Zn-4e+4OH-=2Zn(OH)2

正極反應(yīng)：O2+4e+2H2O=4OH-電池反應(yīng)：2Zn+O2+2H2O=2Zn(OH)2小結(jié):①燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率很高，氫氧燃料電池除能量轉(zhuǎn)化率高外還可持續(xù)使用，不污染環(huán)境。②一般的可燃物均可與O2組成燃料電池，如H2、CO、CH4、乙醇等。③燃料電池一般以堿性介質(zhì)作電解液，也可用酸性介質(zhì)作電解液，二者電極反應(yīng)式是有區(qū)別的。如甲烷-氧燃料電池在酸性介質(zhì)中的電極反應(yīng)為：負(fù)極：CH4+2H2O-8e-

＝CO2+8H+

正極：2O2+8H++8e-＝4H2O

總反應(yīng)式為：