化学电源(2)

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1、命题素材中多见新型化学电源,新型电池有很多优点，以此为素材既能体现化学的实用性和时代性，又增加了试题的陌生度、体现命题情景的新颖性；还能较好地考查学生从新信息中准确提取实质性内容，并与已有知识块整合，重组为新知识块的能力。,知识点：化学电源,1)概念:,将化学能变成电能的装置,2)分类:,一次电池又称不可充电电池如：干电池 二次电池又称充电电池蓄电池 燃料电池,3)优点:,4)电池优劣的判断标准:,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。,比能量,符号(Wh/kg)，(Wh/L),指电池单位质量或单位体积所能

2、输出电能的多少,比功率,符号是W/kg，W/L),指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小,电池的储存时间的长短,1、常见的电池类型,(1)干电池； (2)铅蓄电池； (3)锂离子电池； (4)新型燃料电池 。,【考点2】化学电源,1、干电池(普通锌锰电池）,干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还,填充MnO2的黑色粉末。电极总的反应式为：,2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl22NH3+Mn2O3+H2O,请写出各电极的电极反应。,一 . 一次电池,写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。 负极 正极

3、 总反应 通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？_,Zn-2e-=Zn2+,2NH4+2e-=2NH3+H2,锌筒变软，电池表面变得不平整,2MnO2+H2=Mn2O3+H2O,2.碱性锌锰干电池,碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。,普通锌锰干电池缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液,2一次电池碱性锌锰干电池 (1)负极材料： ，正极材料： ，电解质：KOH。 (2)电极反应：负极： ， 正极： ， 总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。,Zn,MnO2,Zn2e2OH=Zn(OH)2,2MnO22e2H

4、2O=2MnOOH2OH,3、迷你型电池（电解质KOH）,优点：电压高、稳定，低污染。,用途：手表、相机、心率调节器,Ag2O + Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）,负极（锌）：Zn-2e- + 2OH - =ZnO+H2O正极（银）： Ag2O+ 2e- + H2O=2Ag+2OH-,铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,1.铅蓄电池,1)正负极材料,正极：PbO2,负极：Pb,2)工作机制,电解质：H2SO4溶液,铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程,二、二次电池,（1）试写出放电时的正、负极反应式 正极:_ 负极:_ （2）试写出充电时的阳、阴极反应式

5、阳极:_ 阴极:_,PbO2+4H+SO42- +2e- =PbSO4+2H2O,Pb+ SO42-2e- =PbSO4,PbSO4+2H2O-2e- =PbO2 + 4H+SO42-,PbSO4 +2e- =Pb + SO42-,汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用H2SO4作电解液。总反应式为： Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,二次电池(可充电电池),接电源负极,接电源正极,正极：PbO2负极：Pb,(3)铅蓄电池优缺点简析,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠

6、、价格低廉,新型电池“充电”时阴极、阳极的判断 【知识基础】充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程。如铅蓄电池：,首先应搞明白原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，阳极接正极，阴极接负极的原理，进行分析。,【解题指导】,1、（2014海南单科化学卷，T20-I）（6分）下列有关叙述正确的是 A碱性锌锰电池中，MnO2是催化剂 B银锌纽扣电池工作时，Ag2O被还原为Ag C放电时，铅酸蓄电池中硫酸浓度不断增大 D电镀时，待镀的金属制品表面发生还原反应,【答案】BD（6分）,新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断 【知识基础】原电池中，阳离子移向正极，阴离子 移向负极，如Zn

7、-Cu（稀H2SO4）电池中：H+移向 Cu极；SO 移向Zn极。电解池中，阳离子移向阴 极，阴离子移向阳极，符合带电微粒在电场中的运 动规律。首先应分清电池是放电还是充电；再判断出正、负 极或阴、阳极，进而即可确定离子的移动方向。,【解题指导】,2、银锌蓄电池,1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。,银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：,2Ag+Zn(OH

8、)2 Ag2O+Zn+H2O,此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）,A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,电极反应：,负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,3、镉镍电池,负极材料：Cd； 正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液。 反应式如下：,写出电极反应式。,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,镍镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,A. Cd,（ A ）,B. NiO(OH),D. Ni(OH)2,C. Cd

9、(OH)2,电极反应：,负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,【典例导析4】（2008广东，16改编）LiFePO4电池具有稳 定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4+Li LiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法不正确的是（ ）A.可加入硫酸以提高电解质的导电性B.放电时电池内部Li+向正极移动C.充电过程中，电池正极材料的质量减少D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li+e- LiFePO4,解析 由

10、于Li能和稀H2SO4、H2O反应,因此电解质不 能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中， 阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电 过程是电解的过程,电解池的阳极失电子,即LiFePO4 -e- Li+FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。 答案 D,4.锂离子电池,锂离子电池,常见锂离子电池正极材料：,六方层状结构：LiMO2（M=Co、Ni、Mn等） 尖晶石结构：LiM2O4 （M=Co、Ni、Mn等） 橄榄石结构：LiMPO4（ M=Fe等）,例如：LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、Li

11、Mn1xyNiyCoxO2LiMn2O4 LiFePO4,电池的能量密度：,（2013全国新课标卷）27锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2），导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6CxLixe=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件为给出）。 （5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_。,原电池： （） LixC6xe=6CxLi （） Li1xCoO2xexLi=LiCoO2 总：LixC6 Li1xCoO2=6CLiCoO2,【真题热身】

12、可充电电池：,高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为,3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH 下列叙述不正确的是 （ ） A放电时负极反应为：3Zn6e +6OH= 3Zn(OH)2 B充电时阳极反应为：2Fe(OH)36e+ 10 OH=2 FeO42+ 8H2O C放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化 D放电时正极附近溶液的碱性增强,C,C,（2014全国新课标卷）122013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系，下列叙述错误的是

13、 Aa为电池的正极 B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4xLi C放电时，a极锂的化合价发生变化 D放电时，溶液中Li从b向a迁移,C,海水电池 新型电池 1991年，我国科学家首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。其电极反应式如下： 负极：4Al 12e- = 4Al3+ 正极：3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH- 总反应式为：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3 这种电池的能量比普通干电池高20-50倍！,日本产海水电池,以海水电池为能源的航海标志灯,大有

14、发展前景的燃料电池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可达近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。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；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。,三. 燃料电池,燃料电池,优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好,用途：宇宙飞船，应用前景广阔,负极 : 2H2+4OH-4e-4H2O,正极 : O2+2H2O4e-4OH-,总反应方程式 ：2H2O22H2O,燃 料 电 池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应为_；通入氧气的一极为_，电极反应为 _，总反应为_。,