第四章 电化学基础 第二节 化学电源

化学电源 ［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？ 碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。 广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品。高科技、军事、生产行业也有特殊应用。 ［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？ 化学电池 将化学能转换成电能的装置 电池 太阳能电池 将太阳能转换成电能的装置 原子能电池 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

【思考】 ①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？ 产生电能的基本原理是什么？ ②化学电池与其他能源相比有哪些优点？ ③判断电池的优劣标准主要是什么？

知识点1：化学电池 1)概念: 将化学能变成电能的装置 ①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 ②二次电池又称充电电池——蓄电池 ③燃料电池 2)分类: ①能量转换效率高，供能稳定可靠。 ②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。 3)优点: ③易维护，可在各种环境下工作。 4)电池优劣的判断标准: ①比能量 ［符号(W·h/kg)，(W·h/L)］ 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 ②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 ③电池的储存时间的长短

知识点2：各类电池 干电池 锂电池 各类电池 纽扣电池 叠层电池

空气电池 小型高性能燃料电池

一、 一次电池 1、干电池(普通锌锰电池） 请写出各电极的电极反应。 一、 一次电池 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 请写出各电极的电极反应。

练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。 负极———————————————— 正极———————————————— 总反应——————————————— 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？_____________________________我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？ Zn-2e-=Zn2+ 2NH4++2e-=2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3+H2O 锌筒变软，电池表面变得不平整 MnO2

电池反应： 负极： ——Zn 正极： ——MnO2 碱性锌-锰干电池 Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 ［思考］该电池的正负极材料和电解质． 负极： ——Zn Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极： ——MnO2 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH- 电解质： KOH

普通锌锰干电池：（-）Zn ZnCl2、NH4Cl（糊状） 石墨(ＭnO2)(+） 负极: Zn－2e-＝Zn2＋ 正极: 2NH4+＋2e-＝2NH3↑＋H2 ↑ 总电池反应方程式 ：2NH4Cl＋Zn＝ZnCl2＋2NH3↑＋H2↑ 缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液 改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。 Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 二氧化锰的用途

HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S） Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S） 2、迷你型电池 电解质： KOH HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S） Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S） 优点：电压高、稳定，低污染。 用途：手表、相机、心率调节器

锂电池：（-）Li（S） LiI（晶片） I2(+） 3、锂电池 锂电池：（-）Li（S） LiI（晶片） I2(+） 锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 负极： ；正极： 。 8Li-8e-=8Li+ 3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+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。

二、二次电池 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：Pb 电解质：H2SO4溶液 2)工作机制 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

Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s) 氧化反应 ①放电过程 负极： Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s) 氧化反应 正极： PbO2(s) + 4H++SO42- +2e- =PbSO4 (s) +2H2O 还原反应 放电过程总反应： Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程

PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 还原反应 ②充电过程 接电源负极 阴极： PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 还原反应 阳极： 接电源正极 PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H++ SO42- 氧化反应 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： 放电 充电 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)

3)优缺点简析 其它二次电池 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 镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……

2、银锌蓄电池 正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为： 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 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。 正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为： 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 写出电极反应式。 充电 放电

银-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（ ） D A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn 电极反应： 负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-

3、镉镍电池 NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 写出电极反应式。 负极材料：Cd； 正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液。 反应式如下： NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放电 充电 写出电极反应式。 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。

镍—镉可充电电池可发生如下反应： 由此可知，该电池的负极材料是 电极反应： Cd(OH)2+2Ni(OH)2 放电 充电 Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O 由此可知，该电池的负极材料是 （ A ） A. Cd B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2 电极反应： 负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-

三燃料电池 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年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：    

氢氧燃料电池

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

（-）Ni（多孔） KOH（溶液） NiO2 (+） 燃料电池 （-）Ni（多孔） KOH（溶液） NiO2 (+） 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+2H2O＋4e-＝4OH- 总反应方程式 ： 2H2＋O2＝2H2O

燃 料 电 池 介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 酸性 负极 正极 中性 碱性 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-

氢氧燃料电池 Pt电极 H2 O2 氢氧燃料电池模拟 KOH 航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。 若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应

__________________________________，总反应为__________________________。 若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应 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

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）；

用途广泛的电池 笔记本电脑专用电池 用于“神六”的太阳能电池 手机专用电池 摄像机专用电池 各式各样的纽扣电池

绿色电池种种 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P—N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。

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。

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 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） ①电极材料：金属为负极，金属化合物为正极．

②电子得失均由两电极本身发生． ③电极反应需考虑电解质溶液的参与． 3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池） ①两电极材料均为惰性电极． ②负极－可燃性气体失电子，正极－助燃性气体得 电子． ③电极反应考虑电解质溶液．

巩 固 练 习 1、在含有H2S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了 巩 固 练 习 1、在含有H2S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了 Ag2S），为了除去银器表面Ag2S，可采用如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好．过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程． Al-3e-=Al3+ Ag2S+2e-=2Ag+S2- 2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S￪

2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，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的混合气为阴极燃气，制得在65℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 负极反应式：2CO+2CO32-=4CO2+4e 正极反应式： 总反应式： O2+4e-+2CO2=2CO32- 2CO+O2=2CO2

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,下列说法正确的是（ ） A、 Li是正极，电极反应为Li － e- = Li+ B、 Li是负极，电极反应为Li － e- = Li+ C、 Li是负极，电极反应为MnO2 + e- = MnO2 – D、 Li是负极，电极反应为Li －2e- = Li2+ B

4、1991年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20到50倍。运用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极反应。 负极 正极 3O2+6H2O+12e=12OH- 4Al-12e=4Al3+ 5已知：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2利用这一反应，试设计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，然后填空： 正极 ，电极反应 负极 ，电极反应 不活泼金属或碳 2Fe3++2e=2Fe2+ Cu Cu-2e=Cu2+