1、1,第四章 电化学基础,第二节 化学电源,2,学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？,电池,化学电池,太阳能电池,原子能电池,将化学能转换成电能的装置,将太阳能转换成电能的装置,将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置,化学电源,3,知识点1：化学电池,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
2、,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,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,4,叠层电池,纽扣电池,各类电池,知识点2：各类电池,锂电池,干电池,5,空气电池,小型高性能燃料电池,6,1、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的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：,Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3+H2O
3、,一、 一次电池,7,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？_,锌筒变软，电池表面变得不平整,优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。,8,2、碱性锌-锰干电池,KOH,负极：,(-) Zn,Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2,正极：,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,电池总反应：,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,(+)MnO2,9,3.锌银钮扣电池,正极：Ag2O + H2O+ 2e-
4、 =2Ag+2OH,负极：Zn +2OH-2e- =ZnO+H2O,总反应：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag,电极分别为Ag2O和Zn 电解质溶液为KOH,10,4、锂电池,锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S,用途：质轻、高能(比能量高)、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。,11,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,12,放电过
5、程总反应：,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O,Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s),正极：,PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =PbSO4 (s) +2H2O,氧化反应,还原反应,负极：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程,13,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l),(2)充电过程,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42-,还原反应,阴极：,阳极：,PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H+ SO42-,氧化反应,接电源负极
6、,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4,铅蓄电池的充放电过程：,14,3)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、价格低廉,其它二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,15,2、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。,16,银
7、-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)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-,17,3、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。,18,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)
8、2+2Ni(OH)2,A. Cd,（ A ）,B. NiO(OH),D. Ni(OH)2,C. Cd(OH)2,电极反应：,负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,19,大有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
9、进入实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：,(三)燃料电池,20,氢氧燃料电池,21,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,（-）Pt KOH（溶液） Pt (+）,22,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-,23,固
10、体燃料电池,2H2 - 4e- +2O2= 2H2O,O2 + 4e-= 2O2,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,24,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_。,负极,CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,正极,O2+4e-+2H2O=4OH-,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应,25,
11、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；,26,用途广泛的电池,用于“神六”的太阳能电池,笔记本电脑专用电池,手机专用电池,摄像机专用电池,各式各样的纽扣电池,27,迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相同的工作电压(12伏)，但由
12、于采用了稀土合金或TiNi合金储氢材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成为一种绿色环保电池。 锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧化物作 正极和有机电解质构成，其工作电压为36伏，因此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起 来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利用PN结的光电效应，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。,绿色电池
13、种种,28,电池的发展方向,光电池使用方便,特别是近年来 微小型半导体逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷.美,日,欧和发展中国家都制定出庞大的 光伏技术发展计划,开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩大产 业.目前已有80多个 国家和地区形成 商业化,半商业化 生产能力, 市场开 拓从 空间转向地 面系统应用。,29,课 堂 总 结 1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：M-xe=Mx+ 正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属 2、两个电极均参与反应的原电池（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,30,电子得失均由两电极本身发生 电极反应需考虑电解
14、质溶液的参与 3、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 负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得电子 电极反应考虑电解质溶液,31,巩 固 练 习 1、废电池的污染引起人们的广泛重视， 废电池中对环境形成污染的主要物质是（ ） A、锌 B、汞 C、石墨 D、二氧化锰,B,32,2、据媒体报道，以氢氧燃料电池为动力的公交车即将在北京试运行。质子交换膜燃料电池(PEMFC)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料，空气为氧化剂，铂作催化剂，导电离子是 H+。下列对该燃料电池的描述中正确的是（ ）正极反应为：O2+4H+4e-=2H2O 电子由负极流向正极总的化学反
15、应为：2H2+O2 2H2O 氢离子通过电解质向正极移动A B C D,33,3.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电池，某种锂电池的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法不正确的是（ ） A、 Li是负极，电极反应为Li e- = Li+ B、 Li是正极，电极反应为Li + e- = Li- C、 MnO2是正极，电极反应为MnO2 + e- = MnO2 D、 锂电池是一种环保型电池,34,4、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应是 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（ ） A电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B电池放电时，镍元素被氧化 C电池充电时，氢元素被氧化 D电池放电时，H2是负极,5、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：，下列叙述不正确的是A放电时每转移3mol电子，正1molK2FeO4 被氧化 B放电过程中，电解质溶液的PH值增大 C放电时负极反应为：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 D放电时正极附近溶液的碱性增强,35,
