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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 化学电源化学电源学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪在日常生活和学习中，你用过哪些电池些电池？其中有哪些属于化学电池其中有哪些属于化学电池?你知道电你知道电池的其它应用吗？池的其它应用吗？ 电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器转变生的热能通过热电转换器转变为电能的装置为电能的装置用途广泛的电池用途广泛的电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于汽车的铅蓄
2、电池和燃料电池用途广泛的电池用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池各各式式各各样样的的纽纽扣扣电电池池小型高性能小型高性能燃料电池燃料电池 阅读教材阅读教材P74页并回答问题：页并回答问题：1 1、化学电池与其它能源相比有哪些优点？、化学电池与其它能源相比有哪些优点？2 2、判断电池的优劣标准主要是什么？、判断电池的优劣标准主要是什么？3 3、目前化学电池主要分哪几大类？、目前化学电池主要分哪几大类？能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各
3、种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便，易大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作于维护，并可在各种环境下工作单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即比能量的比能量的大小大小；输出功率的大小即；输出功率的大小即比功率的大小比功率的大小以及电池的存储以及电池的存储时间的长短。时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。化化学学电电池池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池氢气
4、、甲醇、天氢气、甲醇、天然气、煤气与氧然气、煤气与氧气组成燃料电池气组成燃料电池铅蓄电池铅蓄电池锌银蓄电池锌银蓄电池镍镉电池镍镉电池锂离子电池锂离子电池普通干电池普通干电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池 电池中的反应物质电池中的反应物质消耗到一定程度，就不能再次消耗到一定程度，就不能再次利用。利用。 又称充电电池或蓄又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复恢复工作能力，可多次重复使用。使用。 是一种连续地将燃是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转料和氧化剂的化学能直接转化成电能的
5、化学电源，又称化成电能的化学电源，又称连续电池。连续电池。二、一次电池二、一次电池普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和H2O等等1、干电池、干电池负极负极正极正极电池反应：电池反应：氢氧化氧锰氢氧化氧锰（Zn）：）：Zn 2e- = Zn2+（MnO2和和C）：）：本节要求会判断电池的正负极，不要求写电极反应式本节要求会判断电池的正负极，不要求写电极反应式缺点：缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液放电量小，放电过程中易气涨或漏液2、碱性锌、碱性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极
6、：正极：电池反应：电池反应：电解质：电解质：KOHZnZnMnOMnO2 2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考该电池的正负极材料和电解质该电池的正负极材料和电解质改进后碱性锌锰电池的优点：改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，电流稳定，放电容量、时间增大几倍， 不会气涨或漏液。不会气涨或漏液。3.3.银锌电池银锌电池总反应式总反应式: : ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2 电极反应式电极反应式: 负极负极: Zn2OH2e-Zn(OH
7、)2 正极正极: Ag2OH2O2e-2Ag2OH 电解液电解液: KOH溶液溶液 这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。4、锂电池锂电池：锂电池：（- -）LiLi（S S） LiILiI（晶片）晶片） I I2 2(+(+） 锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+
8、Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极：负极： ；正极：；正极： 。用途：质轻、高能用途：质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳定电压、工、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-88Li-8e e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8+8e e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S三、二次电池三、二次电池 能量：能量： 化学能化学能电能电能 放电放电 充电充电 放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(a
9、q)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程：放电过程：铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电过程：充电过程：PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4 (
10、s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：充电过程总反应：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：放电放电充电充电放电过程为化学电池！放电过程为化学电池！银银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的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：充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O放电放电充电充电此此电池放电时，负极上发生反应的物
11、质是（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.ZnD 电极反应：电极反应：负极：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-四、燃料电池四、燃料电池 燃料燃料 O2 电解质电解质溶液溶液 电极材料电极材料 ：多孔性镍、铂：多孔性镍、铂 电解质溶液电解质溶液 ：KOH等强碱、等强碱、 H2SO4等强酸、等强酸、NaCl等盐溶液等盐溶液1 1、燃料电池的构成、燃料电池的构成 常见燃料：常见燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等等 e-e-H2O2燃料电池燃料电池负极负极:2H2 - 4e
12、- = 4H+正极正极:O2 + 4H+4e- = 2H2O总反应总反应:2H2 + O2 = 2H2O电解质溶液为酸性电解质溶液为酸性:电解质溶液为碱性电解质溶液为碱性:负极负极:2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O正极正极:O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-总反应总反应:2H2 + O2 = 2H2OAPt(-)Pt(+)氢氧燃料电池工作原理氢氧燃料电池工作原理负极室负极室正极室正极室隔膜隔膜电解质电解质溶液溶液再写正极再写正极 反应：反应：O22H2O4e4OH 酸性酸性 先写总反应：燃料在氧气中的燃烧先写总反应：燃料在氧气中的燃烧2 2、燃料电池的电极反应的书写、燃
13、料电池的电极反应的书写若有若有CO2生成，且电解质为强碱时，生成，且电解质为强碱时，考虑考虑CO2+2OH=CO32+H2OO24H+4e 2H2O 碱性碱性 最后写负极反应：最后写负极反应： 总反应减去正极反应总反应减去正极反应APt(-)Pt(+)e-e-CH4O2负极室负极室阳极室阳极室隔膜隔膜KOH溶液溶液甲烷氧气燃料电池工作原理甲烷氧气燃料电池工作原理负极负极:CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O正极正极:2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应总反应:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池是利用燃料电池是利用氢
14、气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的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料电池的能量转化率可达近80%80%，约为火力发电，约为火力发电（ 30%30% ）的）的2 2倍。这是因为火力发电中放出的倍。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；被人们誉为化物等废气污染都接近零；被人们誉为“绿色绿色”发电站。发电站。 书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式
15、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（如应的所有规则（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得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（如还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶液中以酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以CO32形式存在）；形式存在）；2 2将两极反应的电子得失数配平后，相加得到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；总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；化
16、学电池的组成化学电池的组成组成组成负极负极正极正极电解质电解质 电极材料电极材料电极上发电极上发生反应的生反应的物质物质电子流向电子流向反应类型反应类型能导电的物质能导电的物质还原性较强的还原性较强的物质物质(多是金多是金属电极本身属电极本身)氧化性较强氧化性较强的物质的物质酸溶液酸溶液碱溶液碱溶液盐溶液盐溶液或或熔融液熔融液流出电子流出电子流入电子流入电子氧化反应氧化反应还原反应还原反应减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源电池的发展方向n光电池使用方便光电池使用方便, ,特别是近年来特别是近年来 微小型半导体逆变器迅速微小型半导体逆变器迅速发展发展, ,促使其应用更加快捷促使其应用更
17、加快捷. .美美, ,日日, ,欧和发展中国家都制定欧和发展中国家都制定出庞大的出庞大的 光伏技术发展计划光伏技术发展计划, ,开发方向是大幅度提高光电开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性池转换效率和稳定性, ,降低成本降低成本, ,不断扩大产不断扩大产 业业. .目前已有目前已有8080多个多个n国家和地区形成国家和地区形成n商业化商业化, ,半商业化半商业化n生产能力生产能力, ,年均增年均增n长达长达16,16,市场开拓市场开拓n从从 空间转向地面空间转向地面n系统应用。系统应用。1 1、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
18、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=2CO22.2.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，
19、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、
20、LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li 2e2e- - = Li= Li2 2+ +B3 3、19911991年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高2020到到5050倍。运用倍。运用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极所学的化学知识，推测该新型电
21、池两极上可能发生的电极反应。反应。负极负极 正极正极4Al-12 e- =4Al3+3O2+6H2O+12 e- =12OH-不活泼金属或碳不活泼金属或碳Cu5 5已知：已知：Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+CuCl+CuCl2 2利用这一反应，试设计一利用这一反应，试设计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，然后填空：然后填空：正极正极 ，电极反应，电极反应 负极负极 ，电极反应，电极反应 2Fe3+2 e- =2Fe2+Cu-2 e- =Cu2+化学电池的创新设想化学电池的创新设想6CO2（g)+ 6H2O (l) = C6H12O6 (g) + 6 O2 (g) 光、叶绿光、叶绿体体设想将写成的反应式倒过来，可设计成一个原电池，产设想将写成的反应式倒过来，可设计成一个原电池，产生电流。这样，我们通过正逆反应，就从太阳能产生了生电流。这样，我们通过正逆反应，就从太阳能产生了电能。写出这种原电池的电极反应。电能。写出这种原电池的电极反应。负极：负极： C6H12O6+ 6H2O 24e- = 6CO2 +24H+正极：正极： 6O2 + 24 H+ +24 e- = 12H2O
