1、第四章 电化学基础,第二节 化学电源,1.了解化学电源的优点及在各方面的应用。 2.认识一次电池、二次电池和燃料电池的构造及工作原理。 3.了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。,学习目标：,【自学思考】 日常生活中你了解的电池有哪些？什么是化学电池？ 目前化学电池主要分为哪几个大类？在性能等方面它们各有什么特点？ 化学电池与其他能源相比有哪些优点？ 判断电池的优劣标准主要是什么？,阅读教材P74后思考：,一、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
2、，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,指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,比功率,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,锂电池,干电池,叠层电池,纽扣电池,各类电池,各类电池,空气电池,小型高性能燃料电池,那么，你还知道哪些化学电源呢？它们的工作原理是什么呢？,二、电极反应式的书写,1、据总反应：,根据化合价升降找氧化剂和还原剂判断正负极反应,升失氧氧,负极反应,降得还还,正极反应,2、拆写为电极反应：,负极反应：,正极反应：,例：Cu + 2Fe3 = Cu2 + 2Fe
3、2,负极： Cu - 2e- = Cu2+,正极： 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+,碱性锌锰电池构造示意图,碱性电池,正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-,(1)碱性锌锰电池,三、常见的化学电源,1、干电池(一次电池),电解质：KOH,负极(Zn)：Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2,电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,(2)锌银电池纽扣电池,电解质：KOH,正极(Ag2O)：Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag+2OH-,负极(Zn)：Zn +2OH- -2e- =Zn(OH)2,电池总反应
4、：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2+ 2Ag,(3) 锂电池,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r-MnO2作正极活性材料，电解液是LiClO4溶于碳酸丙烯（简称PC）和二甲基氧乙烷（简称DMF）的混合溶剂中，浓度为1mol/L，其浓度比是PC：DME=1:1，电池反应为：,负极的反应：Li - e- = Li +,正极的反应：Li + + MnO2 + e- = LiMnO2,电池总反应：Li + MnO2 = LiMnO2,铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,铅蓄电池,(1)正负极材料,正极：PbO2,负极：Pb,(2)工作机制,电解质：
5、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,2.二次电池,放电过程总反应：,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O,Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s),正极：,PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =2PbSO4 (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,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l),充电过程,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42-,还原反应,阴极：,阳极：,2
6、PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ + SO42-,氧化反应,接电源负极,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：,(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,3、燃料电池,负极(Pt)：2H2-4e-=4H+ 正极(Pt)：O2+4H+4e-=2H2O 电池总反应：2H2+O2=2H2O,（1）氢氧燃料电池, 酸性介质,碱性介质,负极(Pt)：2H2- 4e- + 4OH- = 4H2O正极(Pt
7、)：O2+ 2H2O + 4e- = 4OH-电池总反应：2H2+O2=2H2O,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-。,（2）甲烷燃料电池,正极：2O2 + 8H+ + 8e- 4H2O,总反应式为：CH4 + 2O2 CO2+2H2O, 酸性电池,负极：CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+,碱性电池,CH4 + 2O2 CO2+2H2O,CO2+2OH- CO32- + 2H2O,电池总反应式为： CH4+2O2+2OH- CO32-+3H2O,甲醇、乙醇燃料电池,负极：CH4 + 10OH- - 8e- CO32- +
8、7H2O,正极：2O2 + 4H2O + 8e- 8OH-,铝-空气-海水电池,1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。,负极：4A1-12e- 4A13+,正极：3O2+6H2O+12e- 12OH-,电池反应：4A1+3O2+6H2O4A1(OH)3,练一练,氧化剂与还原剂在工作时不断补充； 反应产物不断排出； 能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。缺点：附属设备较多、体积较大、 优点：能量转换率高、运行噪音低，清洁。,（2）燃料电池的规律,（3）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 电极材料一般
9、不参加化学反应，只起传导电子的作用。,（4）其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池,减 少 污 染 节 约 资 源,废弃电池的回收利用刻不容缓,练习1、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，总反应式为：Zns2MnO2s2H2OlZnOH2s2MnOOHs 下列说法错误的是（ ） A 电池工作时，锌失去电子 B 电池正极电极反应式为：2MnO2sH2Ol2e2MnOOHs2OHaq C 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02mol电子，锌的质量理论上减小65g,C,练习2、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使
10、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：甲醇、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负极的电极反应式： _ 此时电池内总的反应式 ： _,2CH3OH+16 OH-12e-=2CO32-+12H2O,2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O,正极：3O2+ 6H2O + 12e- =12OH-,小结：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”）； 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； 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)； 4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-。,
