选修四第四章第二节化学电源讲稿二.doc

第二节 化学电源 （第二讲稿）
[目标]：
1.了解常见的化学电源的种类和工作原理，知道 它们生产、生活与国防中的实际应用；
2.会写常见化学电源的电极反应式。
[重点]：化学电源的工作原理
[难点]：电极方程式的书写
化学电池的分类
1.一次电池(干电池):活性物质消耗到一定程度,就不能使用； 2.二次电池(充电电池或蓄电池):放电后可以再充电使活性物质获得再生； 3.燃料电池:一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。
衡量电池优劣的指标
a.比能量:电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,符号(A·h)/kg ,(A·h)/L
b.比功率:电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小,符号W/kg ,W/L
c.储存时间:电池的储存时间的长短
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,更适合使用者的需要。
一次电池
1.普通锌锰干电池:活性物质为NH4Cl和淀粉糊作电解质,还填有MnO2 和炭黑.
电极反应式 负极: Zn - 2e-＝Zn2+ 正极: 2NH4+ + 2e-+ 2MnO2＝Mn2O3+2NH3↑＋H2 O
总反应Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++Mn2O3+2NH3↑+H2O
2.碱性锌锰干电池:活性物质为KOH和淀粉糊作电解质,还填有MnO2 和炭黑
.电极反应式： 负极：Zn - 2e- + 2OH- ＝ Zn(OH)2 正极：2MnO2 + 2e-+ 2H2O ＝ 2MnOOH + 2OH-
总反应: Zn+2MnO2+2H2O＝2MnOOH+ Zn(OH)2
3.高能电池：(1)AgZn电池:负极为Zn,正极为Ag2O,电解质:KOH,特点:比能量大、电压稳定、储存时间长、适宜小 电流连续放电、便携等优点。电极反应：
正极 :Ag2O + H2O＋2e-＝2Ag + 2OH- ; 负极 : Zn+2OH- －2e-＝ZnO +H2O;) 。
电池反应: Zn + Ag2O ＝ ZnO + 2Ag
(2)Li电池:负极:Li,正极可以是:CuO、FeS2 、MnO2 、C等;无机溶剂亚硫酰氯(SOCl2)在炭极上发生还原反应.电解液是由四氯铝化锂(LiAlCl4)溶解于亚硫酰氯中组成.它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应,生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。
(-) 8Li－8e-=8Li+ ; (+) 3SOCl2+8e- = 6Cl- +2S+SO32-
总反应：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S
电池特点:比能量高、电压高、储存时间长、工作温度宽等优点(p76表1-1).
二次电池]
铅蓄电池：其电池反应可以正向和逆向进行.蓄电池放电时为自发电池,充电时为电解池.充电后电池容量得到恢复,充放电次数可达千百次 .
1. 放电时电极反应式:
负极 :Pb + SO42- -2e-＝PbSO4 正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-＝PbSO4 + 2H2O
总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4＝2PbSO4 + 2H2O
2.(充放电)可逆反应式:充电时电极反应式与放电时电极反应式相反,所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4+2H2O
燃料电池 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池.电池的电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件.工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排除,于是电池就连续不断地提供电能.清洁、能量转换率高的特点。
1.氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电池。
A.酸性条件下工作原理： 正极:O2 + 4H+ + 4e-＝2H2O ; 负极:2H2 - 4e-＝4H+
总(电池)反应： 2H2 + O2＝2H2O
B.碱性条件下工作原理： 正极:O2 + 2H2O ＋4e-＝4OH- ; 负极:2H2+4OH- －4e-＝4H2O 总(电池)反应：2H2 + O2＝2H2O
2.其它燃料电池：是用金属铂片插入KOH溶液作电极,又在两极上分别通甲烷(或其它烃燃料)和氧气(氧化剂)。电极反应式为： 负极：CH4＋10OH-－8e- ＝CO32-＋7H2O；正极：4H2O＋2O2＋8e- ＝8OH-。 电池反应为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
3.铝—空气燃料电池：已研制成功并已推广使用的铝—空气燃料电池,它的优点是：体积小、能量大、使用方便、不污染环境、耗能少。这种电池可代替汽油作为汽车的动力，还能用于收音机、照明电源、野营炊具、野外作业工具等
负极:Al-3e-＝Al 3+ ; 正极:2H2O+O2+4 e-＝4OH- 电池总反应式为：4Al＋3O2+6H2O＝4Al(OH)3
练习:
1.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。氢镍电池的总反应式是
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值不断增大 B.电池放电时,镍元素被氧化
C.电池充电时,氢元素被还原 D.电池放电时,H2是负极
分析：放电时该装置作为原电池，氢元素由0价升高为+1价，H2是负极，H原子失电子变成H+离子，负极周围溶液的pH不断减小。镍元素由+3价降低为+2价，镍元素被还原。因此A、B不正确，。充电时该装置作为电解池，氢元素由+1价降低为0价，氢元素被还原。C、D正确
2.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应： 负极：Pb + SO42--2e-＝PbSO4 正极: PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O今若制得Cl2 0.050mol,这时电池内消耗n(H2SO4)至少是……( )
A.0.025mol B.0.050mol C.0.10mol D.0.20mol
分析：铅蓄电池的总反应式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4=2PbSO4+2H2O。电解NaCl饱和溶液时， 电路上有2 mol电子通过时消耗2 mol的H2SO4，此时在阳极应产生1 mol Cl2。若要制得0.050mol Cl2，需消耗H2SO4为0.10 mol,即C正确。
3.(2000年全国高考理综题)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式: 阳极反应式：2CO+2CO32--4e-== 4CO2
阴极反应式：_________________，电池总反应式：_______________。
解析：作为燃料电池,总的效果就是把燃料进行燃烧.本题中CO为还原剂,空气中O2为氧化剂,电池总反应式为：2CO+O2==2CO2。用总反应式减去电池负极(即题目指的阳极)反应式,就可得到电池正极(即题目指的阴极)反应式：O2+2CO2+4e- =2CO32-
阴极反应式：O2+2CO2+4e- =2CO32- 电池总反应式：2CO+O2 = 2CO2
4.(2004年江苏高考化学题)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,电池总反应式为：
Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) =Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)
下列说法错误的是……………………………( )
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极电极反应为： 2MnO2(s)+H2O(l)+2e- = Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路每通过0.2mole-, 理论上减小锌的质量6.5g
解析: KOH电解液,总反应－负极反应,得正极反应： 2MnO2(s)+H2O(l)+2e- = Mn2O3(s)+2OH-(aq).电子由Zn负极通过外电路到正极.1molZn失2mol电子,外电路中每通过O.2mol电子,Zn的质量理论上减小6.5g.故答案为C项。

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