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1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源【自学思考【自学思考】什么是化学什么是化学电池？池？目前化学目前化学电池主要分池主要分为哪几个大哪几个大类？ 在性能等方面它在性能等方面它们各有什么特点？各有什么特点？化学化学电池与其他能源相比有哪些池与其他能源相比有哪些优点？点？判断判断电池的池的优劣劣标准主要是什么？准主要是什么？知识点知识点1：化学电池：化学电池1)概念概念:将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置2)分类分类:一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如：干电池如：干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池3)优点
2、优点:4)电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:能量转换效率高，供能稳定可靠。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。和电池组，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。比能量比能量 符号符号(Wh/kg)，(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比功率比功率符号是符号是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电池的储存时间的长短锂电池
3、锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池知识点知识点2：各类电池：各类电池空气电池空气电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 一、一次电池一、一次电池干电池干电池(-) ZnNH4Cl+ZnCl2MnO2,C (+)负极(Zn)：Zn2e- =Zn2+正极(MnO2和C)： 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-电池池总反反应： Zn+2MnO2+2NH4Cl=2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2普通锌锰电池普通锌锰电池锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌锰干电池的结构普通锌锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等1、普通锌锰电池、普
4、通锌锰电池碱性锌锰电池构造示意图碱性锌锰电池构造示意图碱性电池碱性电池 负极负极(Zn)：Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2正极正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-电池总反应电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)22 2、碱性锌锰电池：、碱性锌锰电池：(-) ZnKOHMnO2 (+)优缺点简析：优缺点简析：只能使用一次，不能充电；价格较贵；比只能使用一次，不能充电；价格较贵；比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。3、锌银电池锌银电池锌银电池锌银电池纽扣电
5、池纽扣电池纽扣电池纽扣电池 (-) ZNKOHAG2O (+)负极负极(Zn)：Zn +2OH- -2e- =ZnO+H2O正极正极(Ag2O)：Ag2O + H2O+ 2e- = 2Ag+2OH-电池总反应：电池总反应：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag4、锂电池 锂电池是新一代高能电池，目前已研究成功多锂电池是新一代高能电池，目前已研究成功多种锂电池，其中用廉价的种锂电池，其中用廉价的r-MnO2作正极活性材料，作正极活性材料，电解液是电解液是LiClO4溶于碳酸丙烯（简称溶于碳酸丙烯（简称PC）和二甲基）和二甲基氧乙烷（简称氧乙烷（简称DMF）的混合溶剂中，浓度为）的混合溶剂中，
6、浓度为1mol/L，其浓度比是，其浓度比是PC：DME=1:1，电池反应为：，电池反应为：负极的反应：负极的反应：Li - e- = Li +正极的反应：正极的反应：Li + + MnO2 + e- = LiMnO2 电池总反应：电池总反应：Li + MnO2 = LiMnO2二、二次电池1 1、铅蓄电池铅蓄电池 (-) PBH2SO4PBO2 (+)负极：负极：氧化反应氧化反应 Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：正极：还原反应还原反应 PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4 (s) +2H2O(l)总反应：总反应： Pb(s)+P
7、bO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)放电过程放电过程充充电过程程阴极阴极(接接电源源负极极)：还原反原反应 PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极阳极(接接电源正极源正极)：氧化反氧化反应2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)充充电过程程总反反应： 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电充电放电放电铅蓄电池的
8、优缺点简析：铅蓄电池的优缺点简析：2、其它二次电池：其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池电池、聚合物锂离子蓄电池三、燃料电池三、燃料电池负极负极(Pt)：2H2-4e-=4H+正极正极(Pt)：O2+4H+4e-=2H2O电池总反应：电池总反应：2H2+O2=2H2O1 1、氢氧燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池 (-) PtH2H+O2Pt (+)(-) PtH2OH-O2Pt (+)负极负极(Pt)：2H2- 4e- + 4OH- = 4H2O正极正极(Pt)：O2+ 2H2O + 4e- = 4OH-电池总反应：电池总反应：
9、2H2+O2=2H2O氧化剂与还原剂在工作时不断补充；氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出；反应产物不断排出；能量转化率高能量转化率高(超过超过80%)，普通的只有，普通的只有30%，有利，有利于节约能源。于节约能源。 缺点：缺点：附属设备较多、体积较大、附属设备较多、体积较大、 优点：优点：能量转换率高、运行噪音低，清洁。能量转换率高、运行噪音低，清洁。 2、燃料电池的规律、燃料电池的规律3、燃料电池与前几种电池的差别：、燃料电池与前几种电池的差别：燃料做负极，助燃剂氧气为正极燃料做负极，助燃剂氧气为正极电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。电极材料一般不参加化学反应，
10、只起传导电子的作用。4、其它燃料电池：、其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池电池减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源废弃电池的回收利用刻不容缓废弃电池的回收利用刻不容缓书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：1 1电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如的所有规则（如的所有规则（如的所有规则（如“ “拆拆拆拆” ”、“ “平平平平” ”）；）；）；）；2 2将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总将两
11、极反应的电子得失数配平后，相加得到总将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总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；反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；3 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还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原产物，与溶液的酸碱性有关原产物，与溶液的酸碱性有关原产物，与溶液的酸碱性有关( (如如如如4 4价的价的价的价的C C在酸
12、性在酸性在酸性在酸性溶液中以溶液中以溶液中以溶液中以COCO2 2形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以COCO3 32-2-形式形式形式形式存在存在存在存在) )；4 4溶液中不存在溶液中不存在溶液中不存在溶液中不存在OO2-2-：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与HH结合结合结合结合成成成成HH2 2OO、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成OHOH- -。课堂总结1 1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：、
13、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：负极：M-xe=MM-xe=Mx x+ +正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属2 2、两个电极均参与反应的原电池、两个电极均参与反应的原电池 （如蓄电池，纽扣电池）（如蓄电池，纽扣电池）电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电子得失均由两电极本身发生电子得失均由两电极本身发生电极反应需考虑电解质溶液的参与电极反应需考虑电解质溶液的参与 3 3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）两电极材料均为惰性电极两电极材料均为惰性电极负极可燃性气体失电
14、子，正极助燃性气体得负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得 电子电子电极反应考虑电解质溶液电极反应考虑电解质溶液练练习习1、碱碱性性电电池池具具有有容容量量大大、放放电电电电流流大大的的特特点点，因因而而得得到到广广泛泛应应用用。锌锌-锰锰碱碱性性电电池池以以氢氢氧氧化化钾钾溶溶液为电解液，总反应式为：液为电解液，总反应式为： Zn s 2MnO2 s 2H2O l Zn OH 2 s 2MnOOH s 下列说法错误的是（下列说法错误的是（ ）A 电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为： 2MnO2 s H2O l 2e 2MnOOH s 2
15、OH aq C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过外电路中每通过02mol电子，锌的质量理电子，锌的质量理论上减小论上减小65gC练习练习2、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使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。常用的燃用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。料往往是某些碳氢化合物，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请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中料电池中a极的电极反应式：极的电极反应式：_此时电池内总的反应式此时电池内
16、总的反应式 ：_KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10 OH-8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2Ob极：极：2O2+ 4H2O + 8e- =8OH-2 2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用因而受到重视，可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔的熔融盐混合物作电解质，融盐混合物作电解质，COCO为阳极燃气，空为阳极燃气，空气与气与COCO2 2的混合气为阴极燃气，制得在的混合气为阴极燃气，制得在6565下工作的燃料电池，完成有关的电池下工作的燃料电池，完成有关的电
17、池反应式：反应式：负极反应式：负极反应式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO=4CO2 2+4e+4e正极反应式：正极反应式：总反应式：总反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO23.3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为电池，某种锂电池的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A A、 LiLi是正极，电极反应为是正极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2 D D、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+B
