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高二化学化学电源


[学与问]在日常生活和学习中,你用过哪些电池, 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? 你知道电池的其它应用吗? 化学电池 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

化 学 电 源
干电池

电池 电池

用途广泛的电池

用于汽车的铅蓄电池和燃料电池

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 用于“神六” 池 摄 像 机 专 用 电 池 手机专用电池

电池发明的小故事
1791年他在解剖时在实验室将悬有去了 1791年他在解剖时在实验室将悬有去了 年他在解剖时 皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上, 皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上,发现蛙 腿会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物 会有肌肉抽搐的现象。
(意大利生物 学家伽伏尼) 学家伽伏尼)

的组织会产生电流, 的组织会产生电流,而金属是传递电流的 导体。 导体。 他从独特的角度认为电流是由两种不同 的金属产生的,经过一系列的实验, 的金属产生的,经过一系列的实验,终于 在1800年成功研制了世界上第一个能产 年成功研制了世界上第一个能产 生稳定电流的电池。 生稳定电流的电池。

法国物理学家、 (法国物理学家、 化学家伏特) 化学家伏特)

一.常见的化学电池

一次电池 二次电池 燃料电池 高能电池

1.化学电池分类
化学电池

一次电池
电池中的反应物质 进行一次氧化还原 反应并放电之后, 反应并放电之后, 就不能再次利用. 就不能再次利用. 干电池: 干电池:电池中的 电解质溶液制成胶 不流动, 体,不流动,故称 干电池. 干电池. 普通锌锰电池、 如:普通锌锰电池、 碱性锌锰电池、 碱性锌锰电池、锌 银纽扣电池

二次电池
又称充电电池或蓄电池 又称充电电池或蓄电池 在放电后经充电可使电 池中的活性物质获得重 恢复工作能力, 生,恢复工作能力,可 多次重复使用. 多次重复使用. 铅蓄电池、 铅蓄电池、 锌银蓄电池、 锌银蓄电池、 镍镉电池 电池、 镍镉电池、 锂离子电池

燃料电池
是一种连续地将燃料和 氧化剂的化学能直接转 化成电能的化学电源, 化成电能的化学电源, 又称连续电池. 又称连续电池. 氢气、甲醇、天然气、 氢气、甲醇、天然气、 煤气与氧气组成燃料 电池。 电池。

定义

例子

小型高性能 燃料电池

2.化学电池优点
(1)能量转换效率高,供能稳定可靠。 能量转换效率高,供能稳定可靠。 可以制成各种形状和大小、 (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。 电池和电池组,使用方便。 易维护,可在各种环境下工作。 (3)易维护,可在各种环境下工作。

3.判断电池优劣的标准
符号(A·h/kg),(A·h/L)] , ] (1)比能量 [符号 ) 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 符号是W/kg,W/L)] 符号是 , (2)比功率 [符号是 ) 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 ) 除特殊情况外,质量轻、体积小而输出电能多、功率大、 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。 储存时间长的电池,其质量好。

二.一次电池
一次电池(又叫干电池) 一次电池(又叫干电池)
常见的有:普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、 常见的有:普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、 锌银电池、锂电池等。 锌银电池、锂电池等。 1.普通锌锰干电池 普通锌锰干电池
普通锌锰电池

干 电 池

干电池是用锌筒外壳作负 极,位于中央的顶盖有铜帽的 石墨作正极, 石墨作正极,在石墨周围填充 ZnCl2,NH4Cl和淀粉糊作电 和淀粉糊作电 解质,还填有MnO2黑色粉末。 黑色粉末。 解质,还填有 负极: 负极:Zn - 2e- = Zn2+ 正极: 正极:2NH4++ 2e- = 2NH3↑+H2↑ 电池总反应为: 电池总反应为:Zn+2NH4+=Zn2++2NH3↑+H2↑ 注意: 注意:2MnO2+ H2 = Mn2O3+ H2O 4NH3+Zn2+=[Zn(NH3)4]2+ 缺点:电量小、涨气、 缺点:电量小、涨气、漏液

2.碱性锌锰干电池: 碱性锌锰干电池: 碱性锌锰干电池
电极材料: 电极材料:锌、石墨 电解液: 电解液: KOH 电极: 为负极 为负极,MnO2为正极 电极 Zn为负极 电极方程式: 电极方程式: 负极: 负极:Zn+2OH- - 2e正极: 正极:2MnO2+2H2O+2eZn(OH)2 2MnOOH+2OH金属 外壳

锌粉和 KOH的 KOH的 混合物

电池反应: 电池反应:Zn +2MnO2+H2O = Zn(OH)2+ 2MnOOH

3.锌银电池: 锌银电池: 锌银电池
锌银电池的负极是Zn,正极是 2O,电解质是 正极是Ag 电解质是 电解质是KOH, 锌银电池的负极是 正极是 , 电极方程式: 电极方程式: 负极: 负极: Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2 正极: Ag2O + H2O + 2e- =2Ag + 2OH正极: 总反应式: 总反应式 Zn + Ag2O + H2O = 2Ag + Zn(OH)2

4.锂电池: 锂电池: 锂电池
锂电池的负极是Li,正极可以是 锂电池的负极是 正极可以是MnO2、CuO、FeS2等 正极可以是 、 、 锂是密度最小的金属,用锂作为电池的负极,跟用相 锂是密度最小的金属,用锂作为电池的负极, 同质量的其他金属作负极相比较,使用寿命大大延长。 同质量的其他金属作负极相比较,使用寿命大大延长。

部分主流产品供电基本原理、 部分主流产品供电基本原理、性能和相对价格 电池名称 普通电池 锌锰电池) (锌锰电池) 电压 主要优缺点

碱性锌锰电池

1.5V 优点:使用方便,便宜。 优点:使用方便,便宜。 缺点:寿命、存放期短, 缺点:寿命、存放期短,约1.5年,不能 年 充电。 一次电池 电容量大,使用寿命长。 1.5V 优点:电容量大,使用寿命长。 优点: 缺点: 不能充电,价格较高。 缺点 不能充电,价格较高。 1.5V 优点:体积和质量都小,寿命长,约2年 优点:体积和质量都小,寿命长, 年 缺点:不能充电,价格高。 缺点:不能充电,价格高。 1.3V 优点:体积小,质量轻,寿命长,可充 优点:体积小,质量轻,寿命长, 放电约 放电约3000次。 次 二次电池 缺点:价格高。 缺点:价格高。 2V 优点:电压稳,电容量大,可充电便宜 便宜。 优点:电压稳,电容量大,可充电便宜。 缺点:笨重,防震性差, 缺点:笨重,防震性差,不防漏

锌银纽扣电池

镍镉电池

铅蓄电池

二.二次电池: 二次电池: 二次电池
二次电池特点: 二次电池特点:
又称充电电池 蓄电池,放电后可以再充电, 充电电池或 二次电池又称充电电池或蓄电池,放电后可以再充电,使 活 性物质可以获得再生。这类电池可反复多次使用。 性物质可以获得再生。这类电池可反复多次使用。

铅蓄电池

1.铅蓄电池(二次电池) 1.铅蓄电池(二次电池) 铅蓄电池
电极: 为负极 为负极; 为正极. 电极:Pb为负极;PbO2为正极 电解液:30%的H2SO4溶液 的 电解液

放电的电极反应式 放电的电极反应式: 的电极反应式
负极(Pb): Pb + SO42- -2e-=PbSO4 负极 正极(PbO2):PbO2 + 4H+ +SO42- + 2e =PbSO4 +2H2O 正极 : 总电池反应:PbO2 + Pb +2H2SO4=2PbSO4↓+ 2H2O 总电池反应 (1.25~1.28g/cm-3) ~

充电的电极反应式 充电的电极反应式: 的电极反应式
阴极(Pb): 阴极 PbSO4(s) +2e-= Pb(s) + SO42- (aq) 阳极(PbO2): 阳极 :
H2SO4

PbSO4 (s) +2H2O (l) - 2e = PbO2 (s) + 4H+ (aq) +SO42- (aq) 充电时的总反应: 充电时的总反应 2PbSO4 (s) + 2H2O (l) = PbO2 (s) + Pb (s) +2H2SO4 (aq)

铅蓄电池 电池反应
放电

Pb + PbO2 + 2H2SO4
(负极 负极) 负极 (正极) 正 (电解液 电解液) 电解液

充电

2PbSO4 + 2H2O
(白色沉淀) 白色沉淀 白色沉

过程

放电过程

充电过程

负极反应 Pb(铅)→PbSO (硫酸铅) Pb(铅)→PbSO4 正极反应 两电极质量 硫酸溶液 能量转换 能量转换

PbO2→PbSO4 增加
硫酸浓度变小 密度变 硫酸浓度变小,密度变小

PbSO4→ PbO2 减少
硫酸浓 密度变 硫酸浓度变大,密度变大

化學能 電 化學能→電能

化學能 電能→化學能 化學

课堂练习: 课堂练习: 铅蓄电池(原电池 的电极分别是 铅蓄电池 原电池)的电极分别是 原电池 的电极分别是PbO2和Pb, 电解质溶液为稀硫酸溶液,工作时原电池的总反应 电解质溶液为稀硫酸溶液 工作时原电池的总反应 是: PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O. 根据上 述反应,判断 判断: 述反应 判断 1.原电池的负极是 填电极材料 原电池的负极是(填电极材料 原电池的负极是 填电极材料)_______ 2.工作时蓄电池负极反应式为 工作时蓄电池负极反应式为___________ 工作时蓄电池负极反应式为 3.工作时蓄电池里电解质溶液的 变化 工作时蓄电池里电解质溶液的PH变化 工作时蓄电池里电解质溶液的 变化:______

拓 展
三.创 新型燃料电池
氢氧燃料电池 甲烷电池/煤气电池/海水 空气电池 氢氧燃料电池/甲烷电池 煤气电池 海水 空气电池 电池 甲烷电池 煤气电池 海水-空气



1.氢氧燃料电池 1.氢氧燃料电池 电极: 电极 Pt制作的惰性电极 制作的惰性电极 (1)若电解质溶液为 )若电解质溶液为KOH 负极: 负极 2H2 - 4e- + 4OH- =4H2O 正极: O2 + 2H2O + 4e- =4OH正极 总反应: 总反应:2H2+ O2=2H2O (2)若电解质溶液为酸性: )若电解质溶液为酸性: 负极: 负极:2H2 - 4e- = 4H+ 正极: 正极 O2+ 4H+ + 4e- = 2H2O 总反应: 总反应:2H2+ O2=2H2O

你能否写出在 中性条件下的 电池反应呢? 电池反应呢?

介质

电池反应: 2H2 +O2 = 2H2O 负极 正极 负极 正极 负极 正极
2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-

酸性

中性

碱性

燃料电池的规律 燃料做负极, ①燃料做负极,助燃剂氧气为正极 ②电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子 电极材料一般不参加化学反应, 电极材料一般不参加化学反应 的作用。 的作用。 燃料电池与前几种电池的差别: 燃料电池与前几种电池的差别: ①氧化剂与还原剂在工作时不断补充; 氧化剂与还原剂在工作时不断补充; ②反应产物不断排出 能量转化率高(超过 超过80%),普通的只有 ③能量转化率高 超过 ,普通的只有30%, , 有利于节约能源。 有利于节约能源。

2.甲烷 氧燃料电池 甲烷-氧燃料电池 甲烷
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极, 该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极,又在两极 KOH溶液中作电极 上分别通甲烷和氧气: 上分别通甲烷和氧气: 负极: 负极:CH4 + 10OH- - 8e正极:2O2 + 4H2O 正极: + 8e= CO32- + 7H2O = 8OH-

电池总反应式为: 电池总反应式为:CH4+2O2+2KOH =K2CO3+3H2O

3.铝 空气3.铝-空气-海水电池
1991年 我国首创,用作海上标志灯。 1991年,我国首创,用作海上标志灯。以海水为电解 液,靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。 靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。 负极:4A1负极:4A1-12e- = 4A13+ 正极: 正极:3O2+6H2O+12e- =12OH电池总反应式为: 电池总反应式为:4A1+3O2+6H2O=4A1(OH)3 这种海水电池比“干电池”的能量高20~50倍 这种海水电池比“干电池”的能量高20~50倍。 20

心脏起博器中用了这样一个原电池(示意图) 心脏起博器中用了这样一个原电池(示意图):
已知人体血液的pH值在 . ~ 已知人体血液的 值在7.35~ 值在 7.45之间。将心脏起博器,植入如 . 之间 之间。 心脏起博器, 图红色区域静脉血管内, 图红色区域静脉血管内,请写出电 静脉血管内 极反应式并分析其工作原理。 极反应式并分析其工作原理。 Zn-负极,Pt-正极;人体体液作电解 Zn-负极,Pt-正极; 质,溶解氧做氧化剂。 溶解氧做氧化剂。 负极反应:2Zn-4e+4OH-=2Zn(OH)2 负极反应:2Zn正极反应: 正极反应:O2+4e+2H2O=4OH电池反应: 电池反应:2Zn+O2+2H2O=2Zn(OH)2 放出电脉冲进行工作

小结: 小结
①燃料电池的能量转化率很高,氢氧燃料电池 除能量转化率 燃料电池的能量转化率很高, 高外还可持续使用,不污染环境。 高外还可持续使用,不污染环境。 ②一般的可燃物均可与O2组成燃料电池,如H2、CO、CH4、 一般的可燃物均可与 组成燃料电池, 、 乙醇等。 乙醇等。 ③燃料电池一般以碱性介质作电解液,也可用酸性介质作电 燃料电池一般以碱性介质作电解液, 解液, 甲烷-氧燃料电池 氧燃料电池在 解液,二者电极反应式是有区别的。如甲烷 氧燃料电池在 酸性介质中的电极反应为 酸性介质中的电极反应为: 负极: 负极:CH4 + 2H2O - 8e- =CO2 + 8H+ 正极: 正极:2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2O 总反应式为: 总反应式为:CH4 + 2O2 = CO2+2H2O

请考虑,废旧干电池,有汞污染的问题,如何解决? 请考虑,废旧干电池,有汞污染的问题,如何解决?
(开发新电池) 开发新电池) 太阳能电池 核电池 燃料电池

新 电 池

银-锌电池 碱性蓄电池 浓差电池 ……

请考虑,化学电池有污染,这个问题如何解决? 请考虑,化学电池有污染,这个问题如何解决?
(开发新能源) 开发新能源)

风力发电 地热发电 生活垃圾发电

发 电

核电 潮汛发电 ……

大家一起 认识“废电池污 大家一起來认识“废电池污 染”﹗

干电池

铅、硫酸污染

水银电池

镉污染、骨疼病 汞污染、水俣病 鋅、錳污染

铅蓄电池

镍镉电池


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