選修4 各類化學電源

1、選修4 化學電源學習目標：學習目標：1、了解實用化學電源的發(fā)展歷程和種類、了解實用化學電源的發(fā)展歷程和種類2、能正確書寫電池半反應，并運用電池原理分析、解決問題、能正確書寫電池半反應，并運用電池原理分析、解決問題一次電池一次電池酸性鋅錳干電池結構：酸性鋅錳干電池結構：鋅筒、碳棒作兩極，鋅筒、碳棒作兩極，ZnCl2-NH4Cl糊狀物作電解質，碳棒被糊狀物作電解質，碳棒被 MnO2包圍。包圍。-)-2ZnZn 2eZn負負極極（：-4322NH2eNHH正正極極（碳碳棒棒）：2432Zn2NHZnNHH總總反反應應：MnO2和碳黑包裹著碳棒，碳黑能導電，MnO2用于吸收正極產(chǎn)物H2，H2的產(chǎn)生會增

2、大電池內電阻，使輸出電壓迅速降低。電池在存放過程中，負極鋅與電解質NH4Cl直接接觸，會發(fā)生化學腐蝕。導致鋅筒蝕破，電池作廢，電解質泄漏，損壞電器。e堿性鋅錳干電池結構：負極鋅、正極負極鋅、正極MnO2，KOH為電解質為電解質電池總反應: Zn+2MnO2+2H2O = 2MnOOH+Zn(OH)2 Zn+2OH-2e- Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-從總反應來看，電解質從總反應來看，電解質KOH在放電過程在放電過程中沒有消耗，卻在消耗中沒有消耗，卻在消耗H2O。一次電池一次電池一次電池一次電池銀鋅電池結構：負極鋅、正極負極鋅、正極Ag2O，KOH為電解質為

3、電解質總反應總反應:Zn + Ag2O = ZnO + 2AgZn+2OH-2e- =ZnO+H2OAg2O+H2O+2e- =Ag + 2OH-二次電池二次電池 鉛蓄電池結構：負極Pb、正極PbO2, H2SO4作電解質放電反應放電反應: Pb(s)+PbO: Pb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq) 2PbSO(aq) 2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)O(l)Pb(s)+SOPb(s)+SO4 42-2-(aq)-2e(aq)-2e- - = = PbSOPbSO4 4(s) (s) PbOPbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +

4、(aq)+SO(aq)+SO4 42-2-(aq)+2e(aq)+2e- - = = PbSOPbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l) O(l) 二次電池二次電池鎳鎘電池：電解質KOH可充放電達500次以上，輸出電壓穩(wěn)定，放電量大。缺點：具放電記憶性，鎘對環(huán)境污染嚴重?？偡磻嚎偡磻?NiOOH+ Cd+ 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 負極：負極： Cd - 2e-+ 2OH- = Cd(OH)2 正極：正極：2NiO(OH) + 2e-+ 2H2O= 2Ni(OH)2 + 2OH-二次電池二次電池鎳氫電池：電解質KOH比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境

5、無污染。鎳氫電池的缺點是價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差正極：正極：NiOOH + H2O + e- = Ni(OH)2 + OH-以上式中M為儲氫合金，MH為吸附了氫原子的儲氫合金。最常用儲氫合金為LaNi5?？偡磻嚎偡磻篗H + NiOOH M + Ni(OH)2負極：負極：MH + e- + OH- = M + H2O 二次電池二次電池鋰離子電池是一種新型的二次電池，它不含有金屬態(tài)的鋰，它主要依靠LI+在正負兩極之間移動來工作。放電時，LI+從負極材料(石墨)脫嵌，經(jīng)過電解質膜，嵌入正極材料（CoO2).充電過程剛好相反。鋰離子電池不同于鋰金屬電池，后者因危險性較少實用?？偡?/p>

6、應：總反應：CoO2 + LiC6 = LiCoO2 + 6C負負 極：極：LiC6 e- = 6C + Li+正正 極：極：CoO2 + Li+ + + e- = LiCoO2負極每脫嵌一個負極每脫嵌一個LILI+ +同時失去一個電子同時失去一個電子正極每入嵌一個正極每入嵌一個LiLi+ +同時得到一個電子同時得到一個電子燃料電池燃料電池燃料電池：與一次、二次電池不同，燃料電池并不需要將反應活性物質貯藏在電池內部，它工作時，燃料和氧化劑由外部供給。燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能，電極材料本身不參與電池反應,但電解質會參與電池反應。酸性酸性氫氧燃料電池氫氧燃料電池總反應：總反應：2 2H

7、2+O2=2H2O負極負極：2H24e=4H+正極正極： O2+ +4e+ +4H+=2H2O （H H+ +定向移動到正極，在負極生成，在正極消耗）定向移動到正極，在負極生成，在正極消耗）燃料電池燃料電池堿性堿性氫氧燃料電池氫氧燃料電池總反應：總反應：2 2H2+O2=2H2O負極負極：2H24e+ +4OH=4H2O正極正極： O2 + + 4e+ + 2H2O=4OH （OHOH- -定向移動到負極，正極生成，定向移動到負極，正極生成， 負極消耗）負極消耗）燃料電池燃料電池酸性酸性甲醇燃料電池甲醇燃料電池3222 2CH OH3O2CO4H O+322 2CH OH12e +2H O =

8、2CO +12H負負極極：+22 3O +12e +12H6H O正正極極：燃料電池的特點：燃料電池的特點：電解質（離子）一定在一極上生成，定向移動電解質（離子）一定在一極上生成，定向移動后在另一極上消耗。后在另一極上消耗。燃料電池燃料電池堿性堿性甲醇燃料電池甲醇燃料電池23232 2CH OH3O +4OH2CO6H O2332 2CH OH12e + 16OH =2CO+12H O負負極極：22 3O +12e +2H O12OH正正極極：同樣，電解質同樣，電解質OH-向負極移動。在正極生成，負極消耗。向負極移動。在正極生成，負極消耗。熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽 氫氧燃料電池氫氧燃料電池例：美國

9、加州例：美國加州Miramar海軍航空站安裝了一臺海軍航空站安裝了一臺250KW的的MCFC型空氣型空氣燃料電池，該電池可同時供應電和水蒸氣，其工作溫度為燃料電池，該電池可同時供應電和水蒸氣，其工作溫度為700-800，所用燃料為氫氣，電解質為熔融的所用燃料為氫氣，電解質為熔融的K K2 2COCO3 3。請寫出電池和電極反應式。請寫出電池和電極反應式。222H +O =2H O總總反反應應：2 2223222H4e +2CO2CO +2H O負負極極： 2223O + 4e + 2CO2CO正正極極： 思考：為了讓電池能夠持續(xù)穩(wěn)定工作，通入正極氣體時應注意什么？思考：為了讓電池能夠持續(xù)穩(wěn)定工

10、作，通入正極氣體時應注意什么？通入的正極氣體應該是通入的正極氣體應該是O O2 2和和COCO2 2的混合物的混合物熔融熔融氧化物氧化物 燃料電池燃料電池例：丁烷燃料電池中一個電極通入空氣,另一電極通入丁烷,電池的電解質是摻雜了Y2O3(三氧化二釔)的ZrO2(二氧化鋯)晶體,它在高溫下能傳導O2-,試寫出正、負極的電極反應式。負極負極: 2C4H10+26O2-52e- = 8CO2+10H2O正極正極: 13O2+52e- = 26O2-410222 2C H13O8CO10H O52e總總反反應應：燃料電池共有特點：燃料電池共有特點：電解質定向移動傳遞電流，在一極生成，另一極等量消耗電解

11、質定向移動傳遞電流，在一極生成，另一極等量消耗熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽 燃料電池燃料電池例：某燃料電池以熔融的例：某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含（其中不含O2-和和HCO3-）為電解質，以）為電解質，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。試寫出電池及電極反應。材料為電極。試寫出電池及電極反應。2410322 2C H52e + 26CO = 34CO + 10H O負負極極：2223 13O + 52e + 26CO26CO正正極極：在燃料電池中，在燃料電池中，電解質離子一定參與了電極反應，

12、一極生成，一極等量消耗。電解質離子一定參與了電極反應，一極生成，一極等量消耗。實戰(zhàn)技巧實戰(zhàn)技巧1.磷酸鐵鋰電池的構造如圖所示。磷酸鐵鋰電池的構造如圖所示。其正極的電極反應式為其正極的電極反應式為FePO4+Li+ + e-=LiFePO4,下列有關判斷不下列有關判斷不合理的是：合理的是：A.負極區(qū)的電解質溶液不可能是水溶液負極區(qū)的電解質溶液不可能是水溶液B.聚合物薄膜可允許聚合物薄膜可允許Li+通過通過C.負極反應式為負極反應式為LiCxe-=Li+CxD.充電時，充電時，Li+由負極區(qū)移向正極區(qū)由負極區(qū)移向正極區(qū)實戰(zhàn)實戰(zhàn)2.現(xiàn)今市面上的智能手機都面臨著電池續(xù)航不足的問題。最常見的現(xiàn)今市面上的

13、智能手機都面臨著電池續(xù)航不足的問題。最常見的智能手機電池工作原理是智能手機電池工作原理是 下列說法錯誤的是：下列說法錯誤的是：A.放電時，每轉移放電時，每轉移xmol電子，通過電解質膜的電子，通過電解質膜的Li+為為(1x)mol x)mol B.負極材料是填充了金屬鋰的石墨（負極材料是填充了金屬鋰的石墨（LiC6)C.充電時陽極的電極反應為充電時陽極的電極反應為D.負極的電極反應式為負極的電極反應式為21 x2x66CLiCoOLiCoOLi C充充電電放放電電21 x2LiCoOxexLiLiCoOx6Li CxexLi6C3.飽和甘汞電極（Hg-Hg2Cl2)因其電動勢穩(wěn)定，常用作基準電極。飽和甘汞電極的內部構造如圖所示，當甘汞電極與鋅共同插入 ZnC