化学电源

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 电化学根底,第二节 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响式和电池反响方程式,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：,(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。,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,化学电池,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,锂离子电池,银锌蓄电池,普通,锌锰,干电池,锌银纽扣电池,化学电源,普通锌锰电池,碱性电池,锌筒,石墨棒,MnO,2,和,C,普通锌,-,锰干电池的结构,NH,4,Cl,、,ZnCl,2,和,H,2,O,等,1,、普通干电池,负极,正极,电池反响：,Zn：Zn 2e-=Zn2+,MnO2和C：,优点：制作简单、价格廉价。缺点：放电时间短，电压下降快。,2NH,4,+,+2MnO,2,+2e,-,=2NH,3,+Mn,2,O,3,+H,2,O,Zn+2NH,4,+,+2MnO,2,=Zn,2+,+2NH,3,+Mn,2,O,3,+H,2,O,(,一,),一次电池,2,、碱性锌,-,锰干电池,负极,Zn,正极,MnO,2,电池反响：,电解质：,KOH,Zn+2OH,-,-2e-,=Zn(OH),2,2MnO,2,+2H,2,O+2e,-,=2MnOOH+2OH,-,Zn+2MnO,2,+2H,2,O=2MnOOH+Zn(OH),2,思考该电池的正负极材料和电解质？,缺点：,多数只能一次使用，不能充电；价格较贵,优点：,比能量和储存时间有所提高，适用于大电流,和连续放电,3,、锌银钮扣电池,正极：,Ag,2,O+H,2,O+,2e,-,=2Ag+2OH,-,负极：,Zn+2OH,-,-2e,-,=Zn(OH),2,锌银电池的负极是,Zn,，正极是,Ag,2,O,，电解质是,KOH,。,总反响:Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2,一次电池,4,、锂电池,锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用一样质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。,一次电池,4、锂电池非水有机溶剂电解液,负极：2Li-2e-=2Li+，,正极：I2+2e-=2I-，,总反响：2Li+I2=2LiI,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、储存寿命长。为什么？,与作负极材料的金属相比较，一样质量时锂提供电子数最多。,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：,PbO,2,负极：,Pb,2),工作机制,电解质：,H,2,SO,4,铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反响分为放电和充电两个过程。,(,二,),二次电池,放电过程总反响：,Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,(aq)=2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),Pb(s)+SO,4,2-,(aq)-2e,-,=PbSO,4,(s),正极：,PbO,2,(s)+4H,+,(aq)+SO,4,2-,(aq)+2e,-,=2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),发生氧化反响,发生复原反响,负极：,放电过程,注：铅蓄电池充电的反响那么是上述反响的逆过程。,充电过程,PbSO,4,(s)+2e,-,=Pb(s)+SO,4,2-,(aq),发生复原反响,阴极：,阳极：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l)-2e,-,=PbO,2,(s)+4 H,+,(aq)+SO,4,2-,(aq),发生氧化反响,接电源负极,接电源正极,充电过程总反响：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l)=Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,(aq),铅蓄电池的充放电过程：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,(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、平安可靠、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,电压,主要优缺点,普通电池,（锌锰电池）,1.5V,优点,：使用方便，便宜。,缺点,：寿命、存放期短，约,1.5,年，,不能充电,。,碱性锌锰电池,1.5V,优点,：电容量大，使用寿命长。,缺点,:,不能充电,，价格较高。,锌银纽扣电池,1.5V,优点,：体积和质量都小，寿命长，约,2,年,缺点,：,不能充电,，价格高。,镍镉电池,1.3V,优点,：体积小，质量轻，寿命长，,可充放电,约,3000,次。,缺点,：价格高。,铅蓄电池,2V,优点,：电压稳，电容量大，,可充电,便宜。,缺点,：笨重，防震性差，不防漏,局部主流产品供电根本原理、性能和相对价格,二次电池,一次电池,一次电池,二次电池,练习1: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，电流总反响式为：,Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s,以下说法错误的选项是 ,A 电池工作时，锌失去电子,B 电池正极电极反响式为：,2MnO2sH2Ol2eMn2O3s2OHaq,C 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02 mol电子，锌的质量理论上减小65 g,C,练习2、银器皿日久外表逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。,试答复：在此原电池反响中，负极发生的反响为 ；,正极发生的反响为 ；,反响过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反响方程式为,Al-3e,-,=Al,3,Ag,2,S+2e,-,=2Ag+S,2-,3Ag,2,S+2Al+6H,2,O=6Ag+2Al(OH),3,+3H,2,S,燃料电池,练习3.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。氢镍电池的总反响式是：,1/2H2+NiO(OH)Ni(OH)2,据此反响判断，以下表达中正确的选项是 ,A.电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大,B.电池放电时，镍元素被氧化,C.电池充电时，氢元素被复原,D.电池放电时，H2是负极,CD,放电,充电,燃料电池,燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧,气或空气进展电化学反响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；燃料电池创造于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,H,2,：,正极,O,2,：,总反响：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，并在电极外表放电。碱性介质条件下：,2H,2,+4OH,-,-4e,-,=4H,2,O,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,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,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,2H,2,-4e,-,=4H,+,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,2H,2,+4OH,-,-4e,-,=4H,2,O,O,2,+2H,2,O+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响，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异：,氧化剂与复原剂在工作时不断补充；,反响产物不断排出；,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,书写电极反响式应注意以下几点,2负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得复原产物，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；,1将两极反响的电子得失数配平后，相加得到总反响，总反响减去一极反响即得到另一极反响；,3,溶液中不存在,O,2-,：在酸性溶液中它与,H,+,结合成,H,2,O,、在碱性或中性溶液中它与水结合成,OH,-,；,燃料电池,电池的开展方向,光电池使用方便，特别是近年来微小型半导体逆变器迅速开展，促使其应用更加快捷。美、日、欧和开展中国家都制定出庞大的光伏技术开展方案，开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性，降低本钱，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.有人设计出利用CH4和O2的反响，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反响类似于CH4在O2中燃烧，那么以下说法正确的选项是 (),每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-,负极上CH4失去电子，电极反响式：,CH4+10 OH-8e-=CO32-+7 H2O,正极上是O2获得电子，电极反响式为：,O2+2 H2O+4 e-=4 OH-,电池放电后，溶液pH升高,A.B.,C.D.,A,燃料电池,2: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电池中a极的电极反响式：,，,此时电池内总的反响式:,。,KOH,溶液,CH,4,O,2,H,2,O,a b,CH,4,+10OH,-,-8e,-,=CO,3,2-,+7H,2,O,CH,4,+2O,2,+2KOH=K,2,CO,3,+3H,2,O,