化學電源課件

第四章電化學基礎(chǔ)第二節(jié)化學電源在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和國防中使用的電池

用于“神六”的太陽能電池“嫦娥二號”的太陽能電池小型高性能燃料電池原子能電池運用在飛船上鉛蓄電池

總反應：Cu2++Zn=Zn2++Cu思考2：隨著反應的進行溶液的濃度和電極有什么變化，這樣的電池能重復利用嗎？思考1：正負電極方程式與總反應的關(guān)系Cu2++2e-=CuZn-2e-=Zn2+負極：正極：昨日重現(xiàn)：

反應

反應氧化還原電極反應:

;電極反應:

;1、鋅錳干電池：已知堿性鋅錳電池總反應方程式為Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）正極電極反應方程式為則負極電極反應方程式為

堿性鋅錳電池構(gòu)造示意圖堿性電池

一：一次電池Zn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-2.鋅銀電池:(1)基本構(gòu)造及工作原理。(2)組成:負極:___,正極:____,電解質(zhì):____(3)工作原理。負極反應:Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2;正極反應:_______________________;總反應:Zn+Ag2O+H2O====Zn(OH)2+2Ag(4)特點:比能量大,電壓穩(wěn)定,儲存時間長,適用于小電流連續(xù)放電。3.鋰電池:(1)基本組成:負極___,正極MnO2、CuO、FeS2等,電解質(zhì):非水溶劑。(2)特點:比能量高、電壓高、工作溫度寬,儲存時間長。歸納總結(jié)：根據(jù)化學方程式書寫電極反應式注意點：

①、找出

反應和

反應的物質(zhì)，確定正負極反應的物質(zhì)；②、負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的

性有關(guān)③、驗證：兩電極反應式

所得式子和原化學方程式相同，則書寫正確。還原氧化酸堿相加試根據(jù)反應Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O寫出鉛蓄電池的電極方程式負極(Pb)：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正極(PbO2)：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

二、二次電池（鉛蓄電池）充電過程總反應：

2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)陰極(接電源負極)：還原反應

PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)陽極(接電源正極)：氧化反應

PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)電源？用電器？目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應用于國防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。但是比較笨重。因此出現(xiàn)了大有發(fā)展前景的燃料電池燃料電池與一般電池不同的是，其所需的化學燃料并不儲存在電池內(nèi)部，而是從外部供應，便于燃料的補充，從而電池可以長時間甚至不間斷地工作。三、燃料電池1、思考：利用

2H2+O2=2H2O的反應，設(shè)計成燃料電池的電極方程式為(電解質(zhì)為KOH溶液)負極(Pt)：2H2-4e-+4OH-=4H2O正極(Pt)：O2+2H2O+4e-=4OH-思考：若該電池的電解質(zhì)溶液換作稀硫酸時，電極方程式又是什么？APt(-)Pt(+)e-e-H2O2KOH溶液氫氧燃料電池工作原理2.應用實例:(1)氫氧燃料電池。①堿性電解液中的電極反應負極:2H2-4e-+4OH-====4H2O;正極:O2+4e-+2H2O====4OH-。②酸性電解液中的電極反應負極:2H2-4e-====4H+;正極:O2+4H++4e-====2H2O。(2)甲烷燃料電池。用導線連接的兩個鉑電極插入電解質(zhì)溶液中,后向兩極分別通入CH4和O2,該電池的反應式:①堿性電解液中的電極反應:負極:CH4+10OH--8e-====C+7H2O;正極:2O2+4H2O+8e-====8OH-。②酸性電解液中的電極反應:負極:CH4+2H2O-8e-====CO2+8H+;正極:2O2+8H++8e-====4H2O。五、電池與其它能源相比有哪些優(yōu)點？四、判斷電池的優(yōu)劣標準主要是什么？能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠，可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便，易于維護，并可在各種環(huán)境下工作

①、比能量：［符號(A·h/kg)，(A·h/L)］電池優(yōu)劣的判斷標準:②、比功率：[符號是W/kg，W/L)]③、比時間：電池的儲存時間的長短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好。類型一化學電源的反應原理

【典例】(2013·安徽高考)熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,其中作為電解質(zhì)的無水LiCl-KCl混合物受熱熔融后,電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為PbSO4+2LiCl+Ca====CaCl2+Li2SO4+Pb。典例精析下列有關(guān)說法正確的是(

)A.正極反應式:Ca+2Cl--2e-====CaCl2B.放電過程中,Li+向負極移動C.每轉(zhuǎn)移0.1mol電子,理論上生成20.7gPbD.常溫時,在正負極間接上電流表或檢流計,指針不偏轉(zhuǎn)【解題指南】解答本題時應注意原電池的構(gòu)成、電極判斷、電極反應方程式的書寫、離子流動方向以及簡單計算。【解析】選D。正極應是得電子發(fā)生還原反應,故為PbSO4+2e-====Pb+S,A錯誤;放電過程為原電池,陽離子向正極移動,B錯誤;每轉(zhuǎn)移0.1mol電子,生成0.05molPb,為10.35g,C錯誤;由題意“熱激活”表明該電池應在加熱的條件下工作,故常溫下電解質(zhì)不能熔化,不能形成原電池,指針不偏轉(zhuǎn),D正確?！菊`區(qū)警示】(1)在原電池中,正極得電子發(fā)生還原反應,負極失去電子發(fā)生氧化反應;(2)本題易忽略此熱激活電池的電解質(zhì)為無水LiCl-KCl混合物熔融體。【變式訓練】正在研究的鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池,它具有容量大等優(yōu)點,其電池反應為2Zn+O2====2ZnO,其原料為鋅、電解液和空氣,則下列敘述正確的是(

)A.鋅為正極,空氣進入負極反應B.負極反應為Zn-2e-====Zn2+C.正極發(fā)生氧化反應D.電解液是強酸【解析】選B。由電池反應知:負極發(fā)生氧化反應為Zn-2e-====Zn2+,由此可知A、C錯誤,B正確。由于負極是較活潑的金屬鋅且產(chǎn)物為ZnO,故電解液肯定不是強酸,否則無論電池工作與否,鋅極很快就會被腐蝕,且酸性溶液中不會有ZnO生成,故D錯誤。類型二電極反應方程式的書寫

【典例】(2013·連云港高二檢測)一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體;電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體,在熔融狀態(tài)下能傳導O2-。下列對該燃料電池說法正確的是(

)A.在熔融電解質(zhì)中,O2-由負極移向正極B.電池的總反應是:2C4H10+13O2====8CO2+10H2OC.通入空氣的一極是正極,電極反應為:O2+4e-====2O2-D.通入丁烷的一極是正極,電極反應為:C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O點燃【解題指南】解答本題要注意以下兩點:(1)燃料電池中燃料在負極失去電子,氧氣在正極得到電子。(2)正負極反應式相加得到總電極反應式?！窘馕觥窟xC。由原電池原理知電子從負極經(jīng)導線轉(zhuǎn)移到正極,所以正極上富集電子,根據(jù)電性關(guān)系,O2-不可能移向正極,A錯;燃料電池不是在點燃的條件下發(fā)生的,B錯誤;丁烷失電子,發(fā)生氧化反應,通入丁烷的一極是負極,D錯誤;O2得電子,發(fā)生還原反應,通入空氣的一極是正極,C正確。【名師點評】講解本題時應注意以下3點:(1)O2-存在熔融鹽電解質(zhì)中,不存在水溶液中。(2)電解質(zhì)溶液中離子的移動方向:陽離子向正極,陰離子向負極。(3)負極失去電子,正極得到電子?！痉椒ㄒ?guī)律】書寫燃料電池電極反應式的方法(1)電池的負極反應物是還原性物質(zhì)(或燃料),失去電子發(fā)生氧化反應。電池的正極反應物是氧化性物質(zhì)(通常是氧氣),得到電子發(fā)生還原反應。(2)寫電極反應式時,一定要注意電解質(zhì)是什么,電解質(zhì)溶液的酸堿性如何,其中陰、陽離子要和電極反應式中出現(xiàn)的離子相對應。(3)正、負兩極的電極反應式在得失電子相等時相加,所得電池反應必是燃料燃燒反應和燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應的疊加反應式。(4)電解質(zhì)溶液不同時,則正、負極反應式也不相同,但總反應式不變?！咀兪接柧殹夸囯姵厥切乱淮吣茈姵?目前已研發(fā)出多種鋰電池。某種鋰電池的總反應式為Li+MnO2====LiMnO2。下列說法中正確的是(

)A.Li是正極,MnO2是負極B.放電時負極的反應:Li-e-====Li+C.放電時正極發(fā)生氧化反應D.電池放電時,產(chǎn)生高錳酸根離子【解析】選B。Li為負極,發(fā)生反應:Li-e-====Li+,屬氧化反應,MnO2為正極,發(fā)生還原反應,整個過程無高錳酸根離子產(chǎn)生,故選B。1.下列化學電源屬于綠色電池的是(

)A.干電池 B.鎳鎘電池C.鋅錳電池 D.氫氧燃料電池【解析】選D。干電池、鎳鎘電池、鋅錳電池都含有一些毒性很強的重金屬,會造成土壤、水源嚴重的污染,并通過食物鏈給人體健康造成威脅和危害,氫氧燃料電池中反應產(chǎn)物是水,無污染。當堂訓練2.鋅錳干電池在放電時,總反應方程式可以表示為Zn(s)+2MnO2+2N====Zn2++Mn2O3(s)+2NH3+H2O,在此電池放電時正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質(zhì)是(

)A.Zn B.碳C.MnO2和N D.Zn2+和NH3【解析】選C。Zn在負極上被氧化,剩余的物質(zhì)將在正極上反應得到Mn2O3、NH3和H2O。要注意題中問的是正極上發(fā)生反應的物質(zhì),不要考慮成被還原的物質(zhì)。3.下列關(guān)于化學能轉(zhuǎn)化為電能的四種裝置的說法正確的是(

)A.電池Ⅰ中鋅是正極B.電池Ⅱ是一次性電池C.電池Ⅲ工作時,氫氣發(fā)生還原反應D.電池Ⅳ工作時,電子由鋅通過導線流向碳棒【解析】選D。電池Ⅰ中鋅是負極,銅是正極,A錯誤;電池Ⅱ為鉛蓄電池,屬于二次電池,B錯誤;電池Ⅲ為氫氧燃料電池,H2在負極失去電子發(fā)生氧化反應,C錯誤;電池Ⅳ為鋅錳干電池,鋅為負極,碳棒為正極,電子由負極流向正極,D正確。4.一種固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì),這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2-)在其間通過。該電池的工作原理如圖所示,其中多孔電極a、b均不參與電極反應。(1)a極為電池的

極,發(fā)生

反應;b極為電池的

極。(2)a極對應的電極反應式為