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第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源教学目标：1.认识一次电池，二次电池，燃料电池等几类电池。2.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式叠层电池纽扣电池1、各类电池太阳能电池铅蓄电池2、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或干电池二次电池又称充电电池或蓄电池燃料电池3)优点: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4)电池优劣的判断标准:比能量单位：(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。比功率单位：（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。电池的可储存时间的长短 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，其质量好。二、化学电池的分类二、化学电池的分类化学电池化学电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碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池化学电源化学电源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、普通干电池、普通干电池负极负极正极正极电池反应：电池反应：（Zn）：）：Zn 2e-=Zn2+（MnO2和和C）：）：优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。2NH4+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2OZn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O(一)一次电池2、碱性锌-锰干电池负极Zn正极MnO2电池反应：电解质：KOHZn+2OH-2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考该电池的正负极材料和电解质？缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电和连续放电3、锌银钮扣电池、锌银钮扣电池正极：正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2锌银电池的负极是锌银电池的负极是Zn，正，正极是极是Ag2O，电解质是，电解质是KOH。总反应总反应:Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2一次电池一次电池4、锂电池、锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作池的负极跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。负极相比较，使用寿命大大延长。一次电池一次电池4、锂电池、锂电池（非水有机溶剂电解液）（非水有机溶剂电解液）负极：负极：2Li-2e-=2Li+，正极：正极：I2+2e-=2I-，总反应：总反应：2Li+I2=2LiI跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？寿命长。为什么？与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。提供电子数最多。一次电池一次电池铅蓄电池、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：Pb2)工作机制电解质：H2SO4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)二次电池放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)发生氧化反应 发生还原反应负极：放电过程注：铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)（发生还原反应）阴极：阳极2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4 H+(aq)+SO42-(aq)（发生氧化反应）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(aq)铅蓄电池的充放电过程：2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电放电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电池名称电池名称电压电压主要优缺点主要优缺点普通电池普通电池（锌锰电池）（锌锰电池）1.5V1.5V优点优点：使用方便，便宜。：使用方便，便宜。缺点缺点：寿命、存放期短，约：寿命、存放期短，约1.51.5年，年，不不能充电能充电。碱性锌锰电池碱性锌锰电池1.5V1.5V优点优点：电容量大，使用寿命长。：电容量大，使用寿命长。缺点缺点:不能充电不能充电，价格较高。，价格较高。锌银纽扣电池锌银纽扣电池1.5V1.5V优点优点：体积和质量都小，寿命长，约：体积和质量都小，寿命长，约2 2年年缺点缺点：不能充电不能充电，价格高。，价格高。镍镉电池镍镉电池1.3V1.3V优点优点：体积小，质量轻，寿命长，：体积小，质量轻，寿命长，可可充放电充放电约约30003000次。次。缺点缺点：价格高。：价格高。铅蓄电池铅蓄电池2V2V优点优点：电压稳，电容量大，：电压稳，电容量大，可充电可充电便便宜。宜。缺点缺点：笨重，防震性差，不防漏：笨重，防震性差，不防漏部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格二次电池二次电池二次电池二次电池一次电池一次电池一次电池一次电池一次电池一次电池二次电池二次电池练练习习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液为为电解液，电流总反应式为：电解液，电流总反应式为：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 Mn2O3 s 2OH 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0 2 mol电子，锌的质量理论电子，锌的质量理论上减小上减小6 5 g C C练练习习2、银银器器皿皿日日久久表表面面逐逐渐渐变变黑黑色色，这这是是由由于于生生成成硫硫化化银银，有有人人设设计计用用原原电电池池原原理理加加以以除除去去，其其处处理理方方法法为为：将将一一定定浓浓度度的的食食盐盐溶溶液液放放入入一一铝铝制制容容器器中中，再再将将变变黑黑的的银银器器浸浸入入溶溶液液中中，放放置置一一段段时时间间后后，黑黑色会褪去而银不会损失。色会褪去而银不会损失。试试 回回 答答：在在 此此 原原 电电 池池 反反 应应 中中，负负 极极 发发 生生 的的 反反 应应 为为 ；正极发生的反应为正极发生的反应为 ；反反应应过过程程中中产产生生臭臭鸡鸡蛋蛋气气味味的的气气体体，原原电电池池总总反反应应方程式为方程式为 Al-3e-=Al3Ag2S+2e-=2Ag+S2-3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S燃料电池燃料电池练练习习3.氢氢镍镍电电池池是是近近年年开开发发出出来来的的可可充充电电电电池池，它它可可以以取取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：1/2H2+NiO(OH)Ni(OH)2据此反应判断，下列叙述中正确的是（据此反应判断，下列叙述中正确的是（）A.电池放电时，负极周围溶液的电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原电池充电时，氢元素被还原D.电池放电时，电池放电时，H2是负极是负极CD放电放电充电充电燃料电池燃料电池 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年代才开始进入实用阶段。(三)燃料电池4、燃料电池负极H2：正极O2：总反应：O2+2H2 =2H2O 氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介质条件下：2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-介质电池总反应：2H2+O2=2H2O 酸性负极正极中性负极正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-不同介质的燃料电池燃料电池的规律：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。能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节 约能源。燃料电池与前几种电池的差别：氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出；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2 2负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产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（如物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的价的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，在形式存在，在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32-形式存在）；形式存在）；1 1将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，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；总反应减去一极反应即得到另一极反应；3 3溶液中不存在溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H+结合成结合成H2O、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OH-；燃料电池燃料电池电池的发展方向 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16的市场开拓从空间转向地面系统应用。减 少 污 染节 约 资 源1.有有人人设设计计出出利利用用CH4和和O2的的反反应应，用用铂铂电电极极在在KOH溶溶液液中中构构成成原原电电池池。电电池池的的总总反反应应类类似似于于CH4在在O2中燃烧，则下列说法正确的是中燃烧，则下列说法正确的是 ()每消耗每消耗1molCH4可以向外电路提供可以向外电路提供8mole-负极上负极上CH4失去电子，电极反应式：失去电子，电极反应式：CH4+10 OH-8e-=CO32-+7 H2O 正极上是正极上是O2获得电子，电极反应式为：获得电子，电极反应式为：O2+2 H2O+4 e-=4 OH-电池放电后，溶液电池放电后，溶液pH升高升高 A.B.C.D.A 燃料电池燃料电池2 2:氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方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。常用的燃料往便，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。请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料写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中电池中a 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总的反应式:。KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2OThanks谢谢您的观看！