化 学 电 源

电池的分类 化学电源的分类 原电池知识复习 几种电池介绍 实践活动 科学视野 课堂小结 作业布置 化 学 电 源 典例精析研究性学习

组成原电池的条件 有两种活动性不同的金属（或一种是非金 属导体）作电极 电极材料均插入电解质溶液中 两极相连形成闭合电路 一个自发进行的氧化还原反应

正负极的判断 电极电极材料反应类型电子流动方 向 负极还原性较 强的金属 氧化反应负极向外电 路提供电子 正极还原性较 弱的金属 还原反应正极从外电 路得到电子

通过日常生活和学习，你知道哪些电池？它们 都是化学电池吗？它们在哪些方面得到应用？ 电池电池 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 电转换器转变为电能的 装置 电池的分类

化学电池的分类 化学电池化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 也叫干电池 也叫充电电池 或蓄电池

一、一次电池介绍 一次电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰电池 锌银电池 锂电池 ……

普通锌锰干电池

普通锌 - 锰干电池的电极方程式 负极（锌筒） Zn-2e - ==Zn 2+ 正极（石墨） 2MnO 2 +2NH e - ==Mn 2 O 3 +2NH 3 +H 2 O 总反应： Zn+ 2MnO 2 +2NH 4 + ==Zn 2+ +Mn 2 O 3 +2NH 3 +H 2 O 也可以：负极（锌筒） Zn-2e - ==Zn 2+ 正极（石墨） 2NH e - ==2NH 3 +H 2 总反应： Zn+ 2NH 4 + ==Zn 2+ +2NH 3 +H 2

随着用电器朝着小型化、 多功能化发展的要求，对 电池的发展也提出了小型 化、多功能化发展的要求。 体积小、性能好的碱性锌－ 锰电池应运而生。这类电池的重要 特征是电解液由原来的中性变为离 子导电性更好的碱性，负极也由锌 片改为锌粉，反应面积成倍增长， 使放电电流大幅度提高。

锌粉和 KOH 的混合物 MnO 2 金属外壳 碱性锌锰电池 负极： Zn + 2OH – – 2e – = Zn(OH) 2 正极： 2MnO 2 + 2H 2 O +2e – = 2MnOOH + 2OH – 总反应： Zn + 2MnO 2 + 2H 2 O = 2MnOOH + Zn(OH) 2

锌银电池 负极： Zn + 2OH – – 2e – = ZnO + H 2 O 正极： Ag 2 O + H 2 O + 2e – = 2Ag + 2OH – 总反应： Zn + Ag 2 O = ZnO +2Ag 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 子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。

锂电池 锂电池以金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四 氯化铝锂（ LiAlCl 4 ）溶解在亚硫酰氯（ SOCl 2 ）中组成 负极： 8Li – 8e – = 8Li + 正极： 3SOCl 2 + 8e – = SO 3 2– + 2S + 6Cl – 总反应： 8Li + 3SOCl 2 = 6Li + Li 2 SO 3 + 2S

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负极相比 较，使用 寿命大大延长。锂电池的比能量高 电压高，工作温度宽。 由于锂电池性能优异，广泛应用于军事和 空间领域，民用领域以微小功率为主，例如用 作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等的电源 锂电池的特点及用途

二、二次电池介绍 二次电池 铅蓄电池 镉镍电池 氢镍电池 锌银电池 …… 锂离子电池 聚合物锂离子电池

铅蓄电池

负极（ Pb ） Pb(s) + SO 4 2- (aq) - 2e - = PbSO 4 (s) 正极（ PbO 2 ） PbO 2 (s) +4H + (aq) + SO 4 2- (aq) + 2e - = PbSO 4 (s) +2H 2 O (l) 总反应： Pb (s) + PbO 2 (s) +2 H 2 SO 4 (aq) = 2PbSO 4 (s) +2H 2 O (l) 铅蓄电池放电的电极反应：

阴极 PbSO 4 (s) + 2e - = Pb(s) + SO 4 2- (aq) 阳极 PbSO 4 (s) +2H 2 O (l) - 2e - = PbO 2 (s) +4H + (aq) + SO 4 2- (aq) 总反应： 2PbSO 4 (s) +2H 2 O (l) = Pb (s) + PbO 2 (s) +2 H 2 SO 4 (aq) 铅蓄电池充电的反应： 可以把上述反应写成一个可逆反应方程式： Pb (s) + PbO 2 (s) +2 H 2 SO 4 (aq) 2PbSO 4 (s) +2H 2 O (l) 放电 充电 还原反应 氧化反应

镉镍电池与氢镍电池： Cd+ 2NiO(OH) +2 H 2 O 2NiO(OH) 2 + Cd(OH) 2 放电 充电 1/2H 2 + 2NiO(OH) Ni(OH) 2 放电 充电 镉镍电池总反应： 氢镍电池总反应： 课后思考： 根据上面所给的总方程式，你能写出各极发生的 反应方程式吗？

新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏 在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时 将电极反应产物不断排出电池

介质 电池总反应： 2H 2 + Ｏ ２ = 2H 2 O 酸性负极 正极 中性负极 正极 碱性负极 正极 2H 2 - 4e - = 4H + O 2 + 2H 2 O + 4e - = 4OH - 2H 2 - 4e - = 4H + O 2 + 4H + + 4e - = 2H 2 O 2H 2 +4OH - - 4e - = 4H 2 O O 2 + 2H 2 O + 4e - = 4OH - 氢氧燃料电池

介质 电池反应： 2H 2 + Ｏ ２ = 2H 2 O 负极负极 正极正极 负极负极 正极正极 2H 2 - 4e - = 4H + O 2 + 4H + + 4e - = 2H 2 O 2H 2 - 4e - +2O 2 － = 2H 2 O O 2 + 4e - = 2O 2 － 固体燃料电池

风力发电 地热发电 生活垃圾发电 核电 潮汛发电 …… 发电发电 请考虑，化学电池有污染，这个问题如何解决？ （开发新能源） 化学电池与新能源

典例讲解 航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便 和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两 种，它们放电时的电池总反应方程式都可表示为： 2H 2 +O 2 = 2H 2 O ，酸式氢氧燃料电池的电解质是酸， 其负极反应可表示 2H 2 – 4e - =4H + ，则其正极反应表示 为： ；碱式氢氧燃料电池的电 解质是碱，其正极反应表示为 O 2 + 2H 2 O + 4e - = 4OH - ，则其负极反应可表示为： 。 O 2 + 4H + + 4e - = 2H 2 O 2H 2 +4OH - - 4e - = 4H 2 O

蓄电池在放电时是起原电池作用，充电时是起电解 池作用，爱迪生电池分别在充电和放电时发生的反 应为： 根据爱迪生蓄电池的原理作出的下列判断中错误的 是（ ） ①放电时， Fe 为负极， NiO 2 为正极 ②充电时阳极上的电极反应为： Ni(OH) 2 -2e - +2OH - =NiO 2 +2H 2 O ③放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动。 ④蓄电池的电极必须浸在某种酸性溶液中 ⑤蓄电池的电极必须浸在某种碱性溶液中 A. ①和② B. 只有④ C. ③和④ D. ③和⑤ 典例讲解 A

下图为氢氧燃料电池原理 示意图，按照此图的提示， 下列叙述正确的是 A ． a 电极是负极 B ． b 电极的电极反应为 ： 4OH - － 4 e － ＝ 2H 2 O ＋Ｏ 2  C ．电池工作时，电子由 正极通过外电路流向负极 D ．氢氧燃料电池是一种 具有应用前景的绿色电源 典例讲解 AD

据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧 气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达 现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一 个月才充一次电。其电池反应为： 2CH 3 OH + 3O 2 + 4OH — 2CO 3 2 — + 6H 2 O ，则下列说法错误的是 Ａ．放电时 CH 3 OH 参与反应的电极为正极 Ｂ．充电时电解质溶液的 pH 逐渐增大 Ｃ．放电时负极的电极反应为： CH 3 OH － 6e － ＋ 8OH － ＝ CO 3 2 — + 6H 2 O Ｄ．充电时每生成 1 mol CH 3 OH 转移 6 mol 电子 A 典例讲解

下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两 侧为电解质储罐，中 央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧 为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子 通过；放电前，被膜隔开的电解质为 Na 2 S 2 （右罐）和 NaBr 3 （左罐）， 放电后，分别变为 Na 2 S 4 和 NaBr 。下列说法正确的是（ ） A ．电池充电时，阳极电极反应式为： 3Br － 2e － ＝ Br 3 － B ．电池放电时，负极电极反应式为： 2S 2 2 － +2e － ==S 4 2 － C ．电池放电时，电池的总反应方程式为： Na 2 S 4 ＋ 3NaBr ＝ 2Na 2 S 2 ＋ NaBr 3 D ．在充电过程中 Na + 通过膜的流向为从左到右 AD

如图是 2004 年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示 意图。甲醇在催化剂作用下提供质子 (H + ) 和电子。电子经外电路、质 子经内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应式为： 2CH 3 OH ＋ 3O 2 ＝ 2CO 2 ＋ 4H 2 O 。下列说法中正确的是 A ．右边的电极为电池的负极， b 处通入的是空气 B ．左边的电极为电池的负极， a 处通入的是甲醇 C ．电池负极的反应式为： CH 3 OH+H 2 O － 6e － =CO 2 +6H + D ．电池的正极反应式为： O 2 +2H 2 O+4e － =4OH － BC

将洁净的铁片和其它金属片 A 、 B 、 C 、 D 分别放在浸有 NaCl 溶液的滤纸 上并压紧（如图所示）。在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和 电压表的读数如下： V 玻璃板 金属片 滤纸 铜片 金属指针移动方向电压 ① Fe (－)(－) 0.65 ② A (－)(－) 0.78 ③ B(+)0.25 ④ C (－)(－) 1.35 ⑤ D (－)(－) 0.20 请回答下列问题： ⑴ 在第①组组成的原电池中，一段时间后，铁片上出现了红褐色物质。请 用电极反应方程式和化学反应方程式表示其产生红褐色物质的过程。 负极： 2Fe － 4e － == 2Fe 2+ 正极： O 2 + 4e － + 2H 2 O == 4OH － 2Fe + O 2 + 2H 2 O== 2Fe(OH) 2 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O== 4Fe(OH) 3 ⑵ A 、 B 、 C 、 D 四种金属的金属性强弱顺序 ， 金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。 C＞A＞D＞BC＞A＞D＞B ⑶ 若滤纸改用 NaOH 溶液浸润，则在滤纸上能看到有蓝色物质析出的是 （填字母）金属。其对应的原电池的电极反应式为： 负极 正极 B 2Cu － 4e － = 2Cu 2 + O 2 + 4e － + 2H 2 O == 4OH － B

熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。 可用 Li 2 CO 3 和 NaLi 2 CO 3 的熔融盐混合物作电解质， CO 为燃气，空气与 CO 2 的混合气为助燃气，制得在 650 ℃下工作的燃料电池。下列说法正确的是（ ） A. 正极反应式： O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - B. 负极反应式： CO+CO e - =2CO 2 C. 燃料电池工作时 CO 3 2- 离子向正极迁移 D. 燃料电池的总反应为 2CO+ O 2 =2CO 2 典例讲解 BD

光合作用有二氧化碳与水合成葡萄糖，同时放出氧 气，写出化学方程式。 6CO 2 （ g) + 6H 2 O (l) = C 6 H 12 O 6 (g) + O 2 (g) 光、叶绿体 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 电能。写出这种原电池的电极反应。 该电池的电动势为 1.24V ，设有一长满绿藻的正方形游 泳池，边长 10m ，在平均光照度下每 1 ㎝ 2 面积上可按上 述原电池产生 1mA 电流，求该游泳池产生的总电力。 负极： C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O —24e - = 6CO 2 +24H + 正极： O H + +4 e - = 2H 2 O 1.24×1×10 2 ×10 4 =1.24Kw 化学电池的创新设想

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调查市场上各种电池的用途及价格 绿色行动 —— 回收废电池活动 环保宣传 —— 废电池的危害及国家法规 生活中常见电池中的化学原理研究 废旧电池处理 —— 如何变废为宝的研究 生活中电池应用问题调查 自己动手设计电池 科普知识 —— 新型电池的研究及发展 实践活动 —— 供参考