高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源

第二節(jié)化學電源1高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源［學與問］在日常生活和學習中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應用嗎？電池化學電池太陽能電池原子能電池將化學能轉(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產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池等。廣泛應用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品。高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應用。2高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源知識點1：化學電池1)概念:將化學能變成電能的裝置2)分類:①一次電池又稱不可充電電池——如：干電池②二次電池又稱充電電池——蓄電池③燃料電池高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源3)優(yōu)點:4)電池優(yōu)劣的判斷標準: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，可在各種環(huán)境下工作。①比能量［符號(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[符號是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電池的儲存時間的長短高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源鋰電池干電池疊層電池紐扣電池各類電池知識點2：各類電池5高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源空氣電池小型高性能燃料電池

6高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源1、干電池(普通鋅錳電池）干電池用鋅制桶形外殼作負極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作電解質(zhì)溶液，還填充MnO2的黑色粉末吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。電極總的反應式為：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O一、一次電池7高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源堿性鋅-錳干電池負極：正極：電池反應：電解質(zhì)：KOH——Zn——MnO2Zn+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)．8高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源干電池

缺點：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液

改進后堿性鋅錳電池的優(yōu)點：電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍，不會氣漲或漏液。9高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源2、迷你型電池

優(yōu)點：電壓高、穩(wěn)定，低污染。

用途：手表、相機、汽車鑰匙HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）10高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池……1.鉛蓄電池1)正負極材料正極：PbO2負極：Pb2)工作機制電解質(zhì)：H2SO4溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應分為放電和充電兩個過程二、二次電池11高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源3)優(yōu)缺點簡析缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：可重復使用、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……12高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源2、銀鋅蓄電池

正極殼填充Ag2O和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液KOH。反應式為：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

寫出電極反應式。充電放電1970-1975,開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術。1975-1983,為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。1998-1992,為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。13高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質(zhì)是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源3、鎘鎳電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放電充電負極材料：Cd；正極材料：涂有NiO2，電解質(zhì)：KOH溶液。反應式如下：

特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用。

15高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源4、鋰電池最早得以應用的是鋰亞原電池，用于心臟起搏器中。由于鋰亞電池的自放電率極低，放電電壓十分平緩。使得起搏器植入人體長期使用成為可能?，F(xiàn)在，鋰離子電池大量應用在手機、筆記本電腦、電動工具、電動車、路燈備用電源、航燈、家用小電器上，可以說是最大的應用群體。高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源大有發(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行電化學反應時釋放出來的化學能直接轉(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30年代末，經(jīng)反復試驗、改進，到20世紀60年代才開始進入實用階段。第一代燃料電池的

大致情況如下：

(三)燃料電池17高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源氫氧燃料電池18高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源新型燃料電池

燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應產(chǎn)物不斷排出電池19高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源燃料電池

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，應用前景廣闊負極:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正極:O2+2H2O＋4e-＝4OH-

總反應方程式：

2H2＋O2＝2H2O（-）Ni（多孔）KOH（溶液）NiO2(+）

20高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源燃料電池介質(zhì)電池反應：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-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-21高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源固體燃料電池介質(zhì)電池反應：

2H2+Ｏ２=2H2O

負極正極負極

正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O

22高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源航天技術上使用的一種電池，它具有高能、輕便、不污染環(huán)境等優(yōu)點。用Pt做電極，KOH溶液做電解液，因其反應與氫氧燃燒相似，故稱為氫氧燃燒電池。請寫出各電極的電極反應。氫氧燃料電池若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應Pt電極H2O2氫氧燃料電池模擬KOH23高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，由于發(fā)生的反應類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據(jù)兩極上反應的實質(zhì)判斷，通入甲烷的一極為____，這一極的電極反應為___________________；通入氧氣的一極為_______，電極反應為__________________________________，總反應為__________________________。負極CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正極O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應24高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源書寫電極反應式應注意以下幾點：1．電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子反應的所有規(guī)則（如“拆”、“平”）；3．負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（如＋4價的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．將兩極反應的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應，總反應減去一極反應即得到另一極反應；25高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源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專用電池攝像機專用電池各式各樣的紐扣電池26高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源

迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來研制、開發(fā)和已投入使用的高性能、無污染電池。金屬氫化物鎳電池與鎘鎳電池有相同的工作電壓(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合金儲氫材料作為負極活性物質(zhì)，取代了致癌物質(zhì)鎘，使其成為一種綠色環(huán)保電池。鋰離子蓄電池系由碳作負極，嵌鋰的金屬氧化物作正極和有機電解質(zhì)構成，其工作電壓為36伏，因此一個鋰離子電池相當三個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池?？沙潆妷A錳電池是在堿性鋅錳原電池基礎上發(fā)展起來的，由于應用了無汞化的鋅粉及新型添加劑，不僅保持了原電池的電流放電特性，而且能充電使用幾十次至幾百次。太陽能電池利用P—N結的光電效應，把太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能，滿足用戶需要。這種發(fā)電具有無需燃料、無污染、無噪聲、運行簡單可靠、減少維護、建設周期短等特點，已被空間和無常規(guī)能源的地域廣泛采用。綠色電池種種27高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源電池的發(fā)展方向光電池使用方便,特別是近年來微小型半導體逆變器迅速發(fā)展,促使其應用更加快捷.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多個國家和地區(qū)形成商業(yè)化,半商業(yè)化生產(chǎn)能力,市場開拓從空間轉(zhuǎn)向地面系統(tǒng)應用。28高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源課堂總結1、僅有一個電極材料參與反應的原電池：負極：M-xe=Mx+

正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2、兩個電極均參與反應的原電池（如蓄電池，紐扣電池）①電極材料：金屬為負極，金屬化合物為正極．29高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源②電子得失均由兩電極本身發(fā)生．③電極反應需考慮電解質(zhì)溶液的參與．

3、電極材料本身均不參與反應的電池（燃料電池）①兩電極材料均為惰性電極．②負極－可燃性氣體失電子，正極－助燃性氣體得電子．③電極反應考慮電解質(zhì)溶液．30高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源1、在含有H2S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了Ag2S），為了除去銀器表面Ag2S，可采用如下方法：在一個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使銀器與鋁接觸良好．過一段時間，銀器表面變?yōu)殂y白色，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，請用電極反應式和離子方程式表示上述過程．鞏固練習Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S?31高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源2、熔融鹽燃料電池具有較高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極燃氣，制得在65℃下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式：負極反應式：2CO+2CO32-=4CO2+4e正極反應式：總反應式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO232高一化學必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學電源3.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，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應為Li+MnO2=LiMnO2,下列說法正確