化学电源(上课)

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1、 化学电源化学电源 Chemical Power Source 电池 化学电池 太阳能电池 原子能电池 锂电池 干电池 叠层电池 纽扣电池 手机专用电池 化学电池 利用原电池原理制造的供电装置 分类 一次电池 二次电池 燃料电池 一次电池： 、特点：只能放电，不能充电， 消耗到一定程度就不能再使用 、常见的一次电池 （）银锌钮扣电池 （）普通锌锰干电池 （）碱性锌锰干电池 二次电池： 、特点：既能放电，也能充电 、常见的二次电池 （）铅蓄电池 （）镍镉电池 （）银锌蓄电池 （）锂离子电池 （）镍氢电池 燃料电池： 、特点：连续地将燃料和氧化剂的 化学能直接转变成电能。能量利用率 高，污染小 、

2、常见的燃料电池 （）氢氧燃料电池 （）天然气燃料电池 拓展视野 1.化学电池与其他能源相比有哪些优点？ 答案 化学电池的优点是能量转换效率高，供能稳定可靠。 可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组 ，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。 答案 2.判断电池优劣的主要标准是什么？ 答案 (1)比能量：参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的 大小，单位“(Wh)/kg”或“(Wh)/L”。P (2)比功率：即单位质量或单位体积电极材料所能输出功率的 大小，单位“W/kg”或“W/L”。 (3)电池可储存时间的长短。 答案 燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃 料与氧气或空气进行

3、电化学反应时释放出来的 化学能直接转化成电能的一类原电池。 目前燃料电池的能量转化率近80%，约为火 力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热 太多。燃料电池没有噪声及硫、氮氧化物等废 气污染；燃料电池发明于19世纪30年代末，经 反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入 实用阶段。 燃料电池燃料电池 This fuel cell was used to supply electricity for the Apollo Space Program 氢氧燃料电池（Hy-Ox Fuel Cell） 总反应方程式 ： 2H2O22H2O *不写条件 特点 ： 两个电极均为惰性电极 （石墨/铂

4、） 氢氧燃料电池电极反应 总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 酸酸 性性 负极负极 正极正极 中中 性性 负极负极 正极正极 碱碱 性性 负极负极 正极正极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 方法规律 氢氧燃料电池规律的总结 (1)书写燃料电池的总反应方程式时就相当于燃料燃烧，然后看一 下产物与所用电解质是否能发生反应，若能发生反应，电解质溶 液也参与反应，要写在总反应方程式中

5、。 (2)燃料电池正极反应物是氧气，正极反应的本质都是氧气得电子 生成O2，发生还原反应，故正极反应式的基础都是O24e =2O2。 正极产生的O2的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质 溶液的酸碱性有着密切的关系。 溶液中不存在O2：在酸性溶液中它与H结合成H2O、在碱性 或中性溶液中它与水结合成OH； “一池多变”的甲烷燃料电池 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方 法。 (1)酸性条件燃料电池反应方程式：_。 正极反应式：_。 负极反应式：_。 (2)碱性条件燃料电池反应方程式： _。 正极反应式：_。 负极反应式：_。 CH42O2=CO22H2O 2O28H8

6、e=4H2O CH48e2H2O=CO28H 2O24H2O8e=8OH 答案 书写电极反应式应注意以下几点： 1电极反应是一种离子反应，遵循书写离 子反应的所有规则（如“拆”、“平”） ； 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子 所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如 4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在， 在碱性溶液中以CO32形式存在）； 2将两极反应的电子得失数配平后，相加 得到总反应，总反应减去一极反应即得到 另一极反应； 训练 设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有 挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通 入空气，另一个电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂

7、了Y2O3 的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2。回答如下问题： (1)以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程 式是_。 (2)这个电池的正极发生的反应是_。 负极发生的反应是_。 固体电解质里的O2的移动方向是_。 向外电路释放电子的电极是_。 解析 由原电池原理知：负极失电子后经导线转移到正极，根据 电中性关系，内电路中O2向负极移动。 答案 (1)2C4H1013O2=8CO210H2O (2)O24e=2O2 C4H1013O226e=4CO25H2O 向 负极移动 负极 返回 训练:氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用 方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往 往是

8、某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写 出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池 中a极的电极反应式： ， 此时电池内总的反应式: 。 KOH溶液 CH4O2 H2O a b CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 解析答案 解析 燃料电池中，燃料为负极，氧气为正极，A不正确； 由于KOH参与电极反应，所以KOH的物质的量浓度减小，C不 正确； 答案 B 纽扣电池 钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖 组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O 和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端 填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液

9、为 浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为 Zn(OH)2 纽扣电池电极反应 负极：Zn+ 2OH- -2e- =Zn(OH)2 正极：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH- 总反应:Ag2O+ Zn+H2O =Zn(OH)2+ 2Ag 正极区PH值： 负极区PH值：上升降低 解析答案 微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电 极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn 2OH2e=Zn(OH)2、Ag2OH2O2e=2Ag2OH， 总反应为Ag2OZnH2O=Zn(OH)22Ag。 根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是( ) A.在使用过程

10、中，电池负极区溶液的pH增大 B.在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极 C.Zn是负极，Ag2O是正极 D.Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应 解析 根据电极反应可知，Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子 被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，所以C正确； 负极(即Zn极)在反应时消耗OH，则负极区溶液的pH应减小，故 A错误； 发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从Zn 极经外电路流向Ag2O极，故B错误； 在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D错误 。 答案 C 电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶 盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周

11、 围由内向外依次是A：二氧化锰粉末（黑色 ）-用于吸收在正极上生成的氢气（以 防止产生极化现象）；B：用饱和了氯化铵 和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。 锌筒 石墨棒 MnO2和C 普通锌-锰干电池的结构 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 普通锌锰电池 碱性电池 一次电池：普通锌锰干电池 升级 一次电池：普通干电池 锌筒 石墨棒 MnO2和C 普通锌-锰干电池的结构 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 负极 正极 电池反应： 氢氧化氧锰 （Zn）：Zn 2e- = Zn2+ （MnO2和C）： 优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。 碱性锌-锰干电池电解质：KOH 负极

12、：Zn Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极：MnO2 2MnO2+2H2O+2e- = 2MnOOH+2OH- 缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵 优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电 电池反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 单位质量的电极材 料放出电能的大小 碱性电池 可充电电池也称为_电池， 可以反复_电和_电， 是电池发展的一个重要方向。 二次 放 充 铅蓄电池 锂电池 铅蓄电池 铅蓄电池 铅蓄电池可放电也可以充电，一般用硬橡胶 或透明塑料制成长方形外壳（防止酸液的泄 漏）；设有多层电极板，其中正极板上有一

13、层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属 铅，正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板 隔开（以防止电极之间发生短路）；两极均 浸入到硫酸溶液中。 铅蓄电池 用途： 优点： 主要缺点： 电动自行车、汽车、发电站等都要用到它 可重复使用、电压稳定、使用方便、 安全可靠、价格低廉 比能量低、笨重、废弃电池污染环境 铅蓄电池 负极： 正极： 电池反应： PbO2 + Pb +2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O PbO2 + 4H+ SO42- + 2e- =PbSO4 + 2H2O Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程 放电过程 当放电进行时，硫

14、酸溶液的的浓度将不断降低，当溶液的密度 降到1.18g/ml 时应停止使用进行充电，充电时为电解池， 充电过程 PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 还原反应阴极： 阳极： PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ SO42- 氧化反应 接电源负极 接电源正极 充电过程总反应： 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 铅蓄电池的充放电过程： Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电 充电 议一议 1.如何给可充电电池充放电？其充放电过程的区别与联系是什 么？ 答案 答案 (1)可充电电池充放电时电池的接 法： 联系：电池充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生反应的 逆过程。 解析答案 解析 由题给电极反应可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断 增大，所以B错，D对； 由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确； 答案 D （ 碱性可充电电池及简易充电座） 碱性蓄电池 碱性蓄电池 这类电池一般寿命比铅酸蓄电池长很多，且 拾携带很方便。 Ni-Cd电池：Cd + 2NiO(OH)