高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源

第二節(jié)化學(xué)電源1高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源［學(xué)與問(wèn)］在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過(guò)哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？電池化學(xué)電池太陽(yáng)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(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(yīng)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(yīng)用。2高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源知識(shí)點(diǎn)1：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——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(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源3)優(yōu)點(diǎn):4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):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。①比能量［符號(hào)(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(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)短高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源鋰電池干電池疊層電池紐扣電池各類電池知識(shí)點(diǎn)2：各類電池5高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源空氣電池小型高性能燃料電池

6高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源1、干電池(普通鋅錳電池）干電池用鋅制桶形外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周?chē)畛銷H4Cl、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(yīng)式為：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O一、一次電池7高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源堿性鋅-錳干電池負(fù)極：正極：電池反應(yīng)：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(fù)極材料和電解質(zhì)．8高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源干電池

缺點(diǎn)：放電量小，放電過(guò)程中易氣漲或漏液

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

優(yōu)點(diǎn)：電壓高、穩(wěn)定，低污染。

用途：手表、相機(jī)、汽車(chē)鑰匙HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）10高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)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(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(guò)程二、二次電池11高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源3)優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)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……12高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源2、銀鋅蓄電池

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

Zn+Ag2O+H2O

寫(xiě)出電極反應(yīng)式。充電放電1970-1975,開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983,為美國(guó)海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國(guó)國(guó)家能源部發(fā)展電動(dòng)車(chē)用的鎳鋅電池。1998-1992,為美國(guó)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(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)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(guò)程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放電充電此電池放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源3、鎘鎳電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

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

特點(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。

15高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源4、鋰電池最早得以應(yīng)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(zhǎng)期使用成為可能?，F(xiàn)在，鋰離子電池大量應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具、電動(dòng)車(chē)、路燈備用電源、航燈、家用小電器上，可以說(shuō)是最大的應(yīng)用群體。高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)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(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來(lái)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(kāi)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17高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源氫氧燃料電池18高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)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(shí)，不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池19高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源燃料電池

優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對(duì)環(huán)境友好

用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊負(fù)極:2H2+4OH-－4e-＝4H2O正極:O2+2H2O＋4e-＝4OH-

總反應(yīng)方程式：

2H2＋O2＝2H2O（-）Ni（多孔）KOH（溶液）NiO2(+）

20高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源燃料電池介質(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+4H+

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

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-21高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源固體燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

負(fù)極正極負(fù)極

正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O

22高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源航天技術(shù)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(diǎn)。用Pt做電極，KOH溶液做電解液，因其反應(yīng)與氫氧燃燒相似，故稱為氫氧燃燒電池。請(qǐng)寫(xiě)出各電極的電極反應(yīng)。氫氧燃料電池若將氫氣換成甲烷，寫(xiě)出各電極的電極反應(yīng)Pt電極H2O2氫氧燃料電池模擬KOH23高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源將鉑絲插入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_(kāi)___，這一極的電極反應(yīng)為_(kāi)__________________；通入氧氣的一極為_(kāi)______，電極反應(yīng)為_(kāi)_________________________________，總反應(yīng)為_(kāi)_________________________。負(fù)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(xiě)出各電極的電極反應(yīng)24高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源書(shū)寫(xiě)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(shū)寫(xiě)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)；25高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源用途廣泛的電池用于“神六”的太陽(yáng)能電池筆記本電腦專用電池手機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池各式各樣的紐扣電池26高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源

迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來(lái)研制、開(kāi)發(fā)和已投入使用的高性能、無(wú)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(chǔ)氫材料作為負(fù)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(fù)極，嵌鋰的金屬氧化物作正極和有機(jī)電解質(zhì)構(gòu)成，其工作電壓為36伏，因此一個(gè)鋰離子電池相當(dāng)三個(gè)鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。可充電堿錳電池是在堿性鋅錳原電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，由于應(yīng)用了無(wú)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(yáng)能電池利用P—N結(jié)的光電效應(yīng)，把太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換成電能，滿足用戶需要。這種發(fā)電具有無(wú)需燃料、無(wú)污染、無(wú)噪聲、運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠、減少維護(hù)、建設(shè)周期短等特點(diǎn)，已被空間和無(wú)常規(guī)能源的地域廣泛采用。綠色電池種種27高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源電池的發(fā)展方向光電池使用方便,特別是近年來(lái)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(guó)家都制定出龐大的光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)劃,開(kāi)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(guó)家和地區(qū)形成商業(yè)化,半商業(yè)化生產(chǎn)能力,市場(chǎng)開(kāi)拓從空間轉(zhuǎn)向地面系統(tǒng)應(yīng)用。28高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源課堂總結(jié)1、僅有一個(gè)電極材料參與反應(yīng)的原電池：負(fù)極：M-xe=Mx+

正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2、兩個(gè)電極均參與反應(yīng)的原電池（如蓄電池，紐扣電池）①電極材料：金屬為負(fù)極，金屬化合物為正極．29高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)電源②電子得失均由兩電極本身發(fā)生．③電極反應(yīng)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(yīng)的電池（燃料電池）①兩電極材料均為惰性電極．②負(fù)極－可燃性氣體失電子，正極－助燃性氣體得電子．③電極反應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液．30高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)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(gè)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(guò)一段時(shí)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(qǐng)用電極反應(yīng)式和離子方程式表示上述過(guò)程．鞏固練習(xí)Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S?31高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)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(yáng)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極燃?xì)猓频迷?5℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO32-=4CO2+4e正極反應(yīng)式：總反應(yīng)式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO232高一化學(xué)必修二第三章第二節(jié)發(fā)展中的化學(xué)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(yīng)為L(zhǎng)i+MnO2=LiMnO2,下列說(shuō)法正確