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？ 化学电池 电池 太阳能电池 原子能电池 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

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(A·h/kg)，(A·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 锂电池 干电池 各类电池 纽扣电池 叠层电池

(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： 4NH4Cl+2Zn+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O 请写出各电极的电极反应。

Zn-2e-=Zn2+ 2NH4++2e-=2NH3+H2 Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2 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 Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2 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 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 1)正负极材料 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 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 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

①放电过程 负极： Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s) 氧化反应 正极： PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 还原反应 放电过程总反应： Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) 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- (aq) 还原反应 ①充电过程 接电源负极 阴极： PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应 阳极： 接电源正极 2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应 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) 放电 充电

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-

This fuel cell was used to supply electricity for the Apollo Space Program

（-）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-

固体燃料电池 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O O2 + 4e-= 2O2－ 2H2 - 4e- = 4H+ 介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 负极 正极 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O O2 + 4e-= 2O2－ 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O

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。