化學(xué)電源的發(fā)展

1、第二節(jié) 化學(xué)能與電能 第3課時 發(fā)展中的化學(xué)電源原電池原電池1 1、定義、定義 ：將：將化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能電能的裝置的裝置鋅片鋅片 Zn 2e- = Zn2+銅片銅片正極：正極：2H+ + 2e- = H2得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)負(fù)極：負(fù)極：失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)Zn + 2HZn + 2H+ + = Zn= Zn2+2+H+H2 2總反應(yīng)：總反應(yīng)：2、化學(xué)電池的反應(yīng)本質(zhì)：、化學(xué)電池的反應(yīng)本質(zhì)：氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)原電池的形成條件：原電池的形成條件： （1）有有活潑性不同活潑性不同的兩種電極的兩種電極 （2） 兩電極都浸入兩電極都浸入電解

2、質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液 （3） 正負(fù)極、電解質(zhì)溶液構(gòu)成正負(fù)極、電解質(zhì)溶液構(gòu)成閉合回路閉合回路兩兩 極極 一一 液液 成成 回回 路，路， 氧氧 化化 還還 原原 是是 核核 心。心。（4） 可以自發(fā)進(jìn)行的可以自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)一、原電池：一、原電池：能將能將 直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯愚D(zhuǎn)變?yōu)?的裝置的裝置化學(xué)能化學(xué)能電能電能二、原電池原理：二、原電池原理：電極電極 電極材料電極材料電極反應(yīng)電極反應(yīng) 反應(yīng)類型反應(yīng)類型電流電流流動流動方向方向電子電子流動流動方向方向負(fù)極負(fù)極 正極正極 活潑金屬活潑金屬不活潑金屬不活潑金屬非金屬導(dǎo)體非金屬導(dǎo)體失電子失電子得電子得電子氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)（核

3、心本質(zhì)）（核心本質(zhì)）三、原電池形成條件：三、原電池形成條件：兩極一液成回路兩極一液成回路 氧化還原是核心氧化還原是核心1780年，伽伐尼年，伽伐尼(Galvani,L.) 青蛙抽搐實驗。青蛙抽搐實驗。原電池的雛形原電池的雛形 伏打?qū)ν芡瘸榇嶒灪芨信d趣伏打?qū)ν芡瘸榇嶒灪芨信d趣 （Volta,A.1745-1827） 1800年建立伏打電堆模型。年建立伏打電堆模型。 伏打電池是伏打電池是實用電池的開端。實用電池的開端。紐扣電池紐扣電池蓄電池蓄電池筆記本電池筆記本電池 電能是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱電力。在你的生活和學(xué)習(xí)中，你了解哪些電池？哪些電器使用電池？

4、1號電池號電池5號鋰電池號鋰電池7號電池號電池 太陽能電池太陽能電池手機(jī)電池手機(jī)電池二、發(fā)展中的化學(xué)電源二、發(fā)展中的化學(xué)電源 電池多種多樣，其電池多種多樣，其實質(zhì)和原理是都是通實質(zhì)和原理是都是通過氧化還原反應(yīng)將化過氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。 化學(xué)電池化學(xué)電池一次性電池：一次性電池：如干電池如干電池二次電池二次電池（可充電電池）：（可充電電池）：鉛蓄電池等鉛蓄電池等燃料電池燃料電池：氫氧燃料電池：氫氧燃料電池1 1、干電池、干電池 干電池是一種一次性電池,放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的）。常用作手電筒照明、收音機(jī)等的電源。酸性鋅錳干電池是最早進(jìn)入市場的實用電

5、池（1）普通鋅錳干電池普通鋅錳干電池（1）鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)特點負(fù)極（鋅筒）：負(fù)極（鋅筒）：正極（石墨）：正極（石墨）：總反應(yīng)：總反應(yīng)：電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：Zn -2eZn -2e = Zn = Zn2+2+石墨石墨Zn + 2NHZn + 2NH4 4 + + =Zn=Zn2+ 2+ + +2NH+ +2NH3 3 + H+ H2 2 優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。缺點：放電時間短，鋅外殼逐漸變薄。缺點：放電時間短，鋅外殼逐漸變薄。鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅普通鋅- -錳干電池的結(jié)構(gòu)錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等（2）堿性干電池）堿性

6、干電池堿性電池是個人音響、照相機(jī)等地首選電源。堿性電池堿性電池 電解液電解液: NH4Cl堿性堿性KOH（離子導(dǎo)（離子導(dǎo)電性更好）電性更好）負(fù)極：鋅片負(fù)極：鋅片鋅粉（反應(yīng)面積成倍增鋅粉（反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流大幅度提高）長，使放電電流大幅度提高）優(yōu)點：優(yōu)點：儲存時間有所提高，適用于儲存時間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電大電流和連續(xù)放電（3 3）紐扣電池）紐扣電池（Ag-ZnAg-Zn電池）電池）總反應(yīng)： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag用途：用途：電子手表、液晶顯示的計算器或一個小型的助聽器等電子手表、液晶顯示的計算器或一個小型的助聽器等2 2、充電電池、充電電池手機(jī)專用電池手機(jī)專

7、用電池攝像機(jī)專用電池攝像機(jī)專用電池筆記本電腦專用電池筆記本電腦專用電池化學(xué)能化學(xué)能放電放電充電充電電能電能用途：用途：目前汽車上使用的電瓶大多仍是鉛蓄電池，它還目前汽車上使用的電瓶大多仍是鉛蓄電池，它還廣泛用于國防、生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域。廣泛用于國防、生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域。（1）鉛蓄電池）鉛蓄電池特點：特點：鉛蓄電池的電壓穩(wěn)定，使用方便安全可靠，可再鉛蓄電池的電壓穩(wěn)定，使用方便安全可靠，可再次充電使用。次充電使用。鉛蓄電池工作原理鉛蓄電池工作原理原電池反應(yīng)：PbO2 + 2H2SO4 + Pb = 2PbSO4 + 2H2O負(fù)極： Pb電極； 正極： PbO2電極總反應(yīng)：總反應(yīng)： Pb+PbO2+4H

8、+2SO42- -=2PbSO4+2H2O負(fù)極：負(fù)極： Pb- -2e- -+SO42- -=PbSO4正極：正極： PbO2+2e- -+4H+SO42- -=PbSO4+2H2O其他蓄電池：其他蓄電池：鎳鎳- -鎘蓄電池、銀鎘蓄電池、銀- -鋅蓄電池等鋅蓄電池等優(yōu)點：優(yōu)點：可反復(fù)使用可反復(fù)使用 缺點：比較笨重不便攜帶缺點：比較笨重不便攜帶（2 2）鋰電池）鋰電池 用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較：質(zhì)量輕、電壓的其他金屬作負(fù)極相比較：質(zhì)量輕、電壓高、工效高和貯存壽命長。用途：用于電高、工效高和貯存壽命長。用途：用于電腦、照相機(jī)、手表、心臟

9、起搏器上，及火腦、照相機(jī)、手表、心臟起搏器上，及火箭、導(dǎo)彈等的動力電源。箭、導(dǎo)彈等的動力電源。 常用的電池是鋰電池（鋰是一種堿金屬，其相對原子質(zhì)量常用的電池是鋰電池（鋰是一種堿金屬，其相對原子質(zhì)量為），由于它的比容量（單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的為），由于它的比容量（單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量）特別大而廣泛用于心臟起搏器，一般使用時間可長電量）特別大而廣泛用于心臟起搏器，一般使用時間可長達(dá)十年達(dá)十年 鋰電池比容量特別大的原因是：鋰電池比容量特別大的原因是：鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶劑配制，為什么這種鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶劑配制，為什么這種電池不能使用電解質(zhì)的水溶液？請用化學(xué)方程式

10、表示其原電池不能使用電解質(zhì)的水溶液？請用化學(xué)方程式表示其原因：因：鋰的摩爾質(zhì)量小，單位質(zhì)量的金屬中鋰提供的電子多鋰的摩爾質(zhì)量小，單位質(zhì)量的金屬中鋰提供的電子多（3） 鎳鎘電池鎳鎘電池特點：特點：體積小，便于攜帶?？芍貜?fù)使用500次以上。壽命比鉛蓄電池長。鎘有致癌作用，有被鎳氫電池取代的趨勢。H2+NiO(OH) Ni(OH)2+H2O放電充電鎳鎳鎘鎘電電池池電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：（KOHKOH為電解液為電解液）用途：廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、用途：廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、 電動剃須刀等。電動剃須刀等。2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd

11、(OH)2放電放電充電充電 電池中含有大量的電池中含有大量的重金重金屬屬如鋅、鉛、鎘、汞、錳等。如鋅、鉛、鎘、汞、錳等。據(jù)專家測試，一節(jié)紐扣電池?fù)?jù)專家測試，一節(jié)紐扣電池能污染能污染6060萬升水；一節(jié)一號萬升水；一節(jié)一號電池爛在地里，能使一平方電池爛在地里，能使一平方米的土地失去利用價值。若米的土地失去利用價值。若將廢舊電池混入生活垃圾一將廢舊電池混入生活垃圾一起填埋，滲出的重金屬物質(zhì)起填埋，滲出的重金屬物質(zhì)就會滲透土壤、污染地下水，就會滲透土壤、污染地下水，進(jìn)而進(jìn)入魚類、農(nóng)作物等，進(jìn)而進(jìn)入魚類、農(nóng)作物等，破壞人類的生存環(huán)境，間接破壞人類的生存環(huán)境，間接威脅到人類的健康，有的還威脅到人類的健康

12、，有的還能致癌。所以我們不要亂扔能致癌。所以我們不要亂扔電池，要及時回收。電池，要及時回收。 廢舊電池的回收利用廢舊電池的回收利用3、燃料電池高效、環(huán)境友好的化學(xué)電池它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，鉑電極，活性炭電極活性炭電極等。等。(例如：氫氧燃料電池，例如：氫氧燃料電池，CH4和和O2的燃料電池的燃料電池)燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。能的化學(xué)電池。小型高性能燃料小型高性能燃料電池電池 氫氧燃料電池氫氧燃料電池正負(fù)極材料正負(fù)

13、極材料正極：通正極：通氧氣氧氣（氧化劑）（氧化劑）負(fù)極：通負(fù)極：通氫氣氫氣（燃料）（燃料）電解質(zhì)：電解質(zhì)：H H2 2SOSO4 4溶液溶液/NaOH/NaOH溶液溶液/Na/Na2 2SOSO4 4溶液溶液電極：電極：使用使用鉑鉑電極電極或者或者多多孔性碳孔性碳KOH溶液溶液H2O2H2Oa b練習(xí)：練習(xí)：19691969年美國年美國“阿波羅阿波羅1111號號”登月成功。飛船上使用的氫氧燃料登月成功。飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個電極均由多孔性碳造如圖示：兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并制成，通入的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。在電極表面放電。1 1、a a是是 極，極， b b是是 極極2、外電路電子