第二節(jié)化學(xué)電源

1、2022-5-11人教版選修人教版選修4 4 化學(xué)反應(yīng)原理化學(xué)反應(yīng)原理 第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置（1）原電池定義：）原電池定義： （2）原電池的工作原理：）原電池的工作原理： 自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)（3）電子流向和電流流向）電子流向和電流流向電子流向：電子流向：負(fù)極負(fù)極正極正極電流流向：電流流向：負(fù)極負(fù)極正極正極內(nèi)電路內(nèi)電路外電路外電路外電路外電路離子流向：離子流向： 陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極（4）電極反應(yīng)式的書寫：）電極反應(yīng)式的書寫：書寫方

2、法有書寫方法有直接法直接法和和差值法差值法要注意電極反應(yīng)要注意電極反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)物是否與是否與電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液發(fā)生發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)要注意溶液的要注意溶液的酸堿性酸堿性，適當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊，適當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊添加添加H+、OH、H2O，以遵循，以遵循電荷守恒電荷守恒和和質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒判判池池定定極極書寫電極反應(yīng)式書寫電極反應(yīng)式分析電極現(xiàn)象分析電極現(xiàn)象得出結(jié)論。得出結(jié)論。（5）電化學(xué)解題步驟：）電化學(xué)解題步驟： 在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道在日常生活和學(xué)習(xí)中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應(yīng)用嗎？電池的其它

3、應(yīng)用嗎？ 電池電池化學(xué)電池化學(xué)電池太陽能電池太陽能電池原子能電池原子能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱將放射性同位素自然衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置能通過熱能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鉛堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池等。鋰離子電池等。廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、廣泛應(yīng)用于通訊、交通、文化、辦公及家用電子產(chǎn)品。高科技、辦公及家用電子產(chǎn)品。高科技、軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用。軍事、生產(chǎn)行業(yè)也有特殊應(yīng)用

4、。學(xué)與問學(xué)與問將化學(xué)能變成電能的裝置將化學(xué)能變成電能的裝置（2）分類）分類:一次電池又稱不可充電電池一次電池又稱不可充電電池如：干電池如：干電池二次電池又稱充電電池二次電池又稱充電電池蓄電池蓄電池燃料電池燃料電池（3）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn):（4）電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)）電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。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。電池和電池組，使用方便。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。比能量比能量符號符號(Wh/kg)，(Wh/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸

5、出電能的多少指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少比功率比功率符號是符號是W/kg，W/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小電池的儲存時(shí)間的長短電池的儲存時(shí)間的長短（1）概念）概念:一、化學(xué)電池一、化學(xué)電池閱讀閱讀P74干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池形形色色的電池形形色色的電池“震動動力充電電池震動動力充電電池”勺水充電勺水充電三三維維納納米米結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)電電池池尿液充電的電池尿液充電的電池 1、干電池、干電池(普通鋅錳電池）普通鋅錳電池）鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和CNH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等糊狀物等糊狀物練習(xí)：練習(xí)

6、：寫出鋅錳干電池的電極反應(yīng)方程式。寫出鋅錳干電池的電極反應(yīng)方程式。負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)總反應(yīng)通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經(jīng)不通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？能正常供電了？_我們在我們在使用干電池的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請推測可能是使用干電池的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請推測可能是干電池中的什么成分起了作用？干電池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O鋅筒變軟，電池表面變得不平整鋅筒變軟，電池表面變得不平整MnO2 ZnCl2 優(yōu)點(diǎn)：制作簡單、

7、價(jià)格便宜。優(yōu)點(diǎn)：制作簡單、價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3+H2O二、一次電池二、一次電池2NH4+2MnO2+2e-=Mn2O3+H2O+2NH32、堿性鋅、堿性鋅-錳干電池錳干電池負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：電解質(zhì)：電解質(zhì)： KOH(Zn)(MnO2)Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)該電池的正負(fù)極材料和電

8、解質(zhì)3、銀、銀-鋅電池鋅電池Ag2O + Zn+H2O = Zn(OH)2 + 2Ag負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：Zn+ 2OH- -2e- = Zn(OH)2Ag2O +H2O +2e- =2Ag +2OH- 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：堿性電池堿性電池 優(yōu)點(diǎn)：比普通鋅錳電池比能量和可儲存時(shí)間均有提高，優(yōu)點(diǎn)：比普通鋅錳電池比能量和可儲存時(shí)間均有提高，適用于大電流和連續(xù)放電適用于大電流和連續(xù)放電 優(yōu)點(diǎn)：比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時(shí)間長，適用于小優(yōu)點(diǎn)：比能量大、電壓穩(wěn)定，儲存時(shí)間長，適用于小電流連續(xù)放電電流連續(xù)放電4、鋰電池鋰電池 P75比能量高、電壓高、工作溫度寬，可儲存時(shí)間長，應(yīng)用比能量高、電壓高、工作溫

9、度寬，可儲存時(shí)間長，應(yīng)用于軍事和空間領(lǐng)域于軍事和空間領(lǐng)域三、二次電池三、二次電池1、鉛蓄電池、鉛蓄電池 放電過程：放電過程：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正極：正極： PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +2H2O 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)負(fù)極：負(fù)極：鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程逆過程正負(fù)極材料正負(fù)極材料正極：正極：PbO2負(fù)極：負(fù)極：Pb電解質(zhì)：電解質(zhì)：H2SO4溶液溶液充電過程：充電過程：PbSO4 (s

10、) +2e- =Pb(s) + SO42- 還原反應(yīng)還原反應(yīng)陰極：陰極：陽極：陽極： 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源負(fù)極接電源正極接電源正極2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ SO42-2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程： 放電放電 充電充電2 2、鎘鎳電池、鎘鎳電池2NiO(OH)+ Cd+2H2O 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放電電充電充電負(fù)極材料：負(fù)極材料：Cd；正極材料：正極材料：

11、涂有涂有NiO(OH)，電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOH溶液。溶液?？偡磻?yīng)式：總反應(yīng)式：試寫出電池放電的電極反應(yīng)式：試寫出電池放電的電極反應(yīng)式：負(fù)極：負(fù)極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正極：正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-討論：討論：(2011全國全國)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為：為：Fe+Ni2O3+3H2O= Fe(OH)2+2Ni(OH)2 下列有關(guān)該電池的說法不正確的是（下列有關(guān)該電池的說法不正確的是（ ） A. 電池的電解液為堿性溶液，正極為電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負(fù)極為、

12、負(fù)極為Fe B. 電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2 C. 電池充電過程中，陰極附近溶液的電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低降低 D. 電池充電時(shí)，陽極反應(yīng)為電池充電時(shí)，陽極反應(yīng)為2Ni(OH)2+2OH-2e-= Ni2O3+3H2O討論：討論：（2010浙江）浙江）Li-Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應(yīng)式為：該電池中正極的電極反應(yīng)式為： 2Li+FeS+2e-Li2S+Fe 有關(guān)有關(guān)該電池的下列中，正確的是（該電池的下列中，正確的是（ ）A.Li-Al在電池中作為負(fù)極材料，該材料

13、中在電池中作為負(fù)極材料，該材料中Li的化合價(jià)為的化合價(jià)為+1價(jià)價(jià)B.該電池的電池反應(yīng)式為：該電池的電池反應(yīng)式為：2Li+FeSLi2S+FeC.負(fù)極的電極反應(yīng)式為負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al-3e-=Al3+D.充電時(shí)，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：充電時(shí)，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2Li s+Fe-22eLiFeSCB概念：概念：兩極材料：惰性材料，只具導(dǎo)電性。兩極材料：惰性材料，只具導(dǎo)電性。反應(yīng)物不儲存在電池內(nèi)部，外加提供燃料和氧化劑。反應(yīng)物不儲存在電池內(nèi)部，外加提供燃料和氧化劑。兩極判斷：兩極判斷：導(dǎo)電介質(zhì)：導(dǎo)電介質(zhì)：高效、環(huán)境友好。高效、環(huán)境友好。 燃料電池燃料電池是利用是利用氫氣、天然氣、甲醇?xì)錃?/p>

14、、天然氣、甲醇等燃料與等燃料與氧氣或空氣氧氣或空氣進(jìn)行進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。負(fù)極：通入燃料氣的一極負(fù)極：通入燃料氣的一極正極：通入正極：通入O2或空氣的一極或空氣的一極可以是電解質(zhì)溶液，也可以是新型的導(dǎo)離子介質(zhì)?？梢允请娊赓|(zhì)溶液，也可以是新型的導(dǎo)離子介質(zhì)。四、燃料電池：四、燃料電池：燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)近80%80%，約為火力發(fā)電的，約為火力發(fā)電的2 2倍。燃料電倍。燃料電池的噪聲及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零，污染小池的噪聲及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零

15、，污染小注：注：不同不同“介質(zhì)介質(zhì)”下燃料電池電極反應(yīng)式的書寫下燃料電池電極反應(yīng)式的書寫下面以下面以CH3OH、O2燃料電池為例，分析電極反應(yīng)式的書寫。燃料電池為例，分析電極反應(yīng)式的書寫。(1)酸性介質(zhì)，如酸性介質(zhì)，如H2SO4。CH3OH在負(fù)極上失去電子生成在負(fù)極上失去電子生成CO2氣體，氣體，O2在正極上得到在正極上得到電子，在電子，在H作用下生成作用下生成H2O。電極反應(yīng)式為。電極反應(yīng)式為負(fù)極：負(fù)極：CH3OH6eH2O=CO26H正極：正極：O26e6H=3H2O(2)堿性介質(zhì)，如堿性介質(zhì)，如KOH溶液。溶液。CH3OH在負(fù)極上失去電子，在堿性條件下生成在負(fù)極上失去電子，在堿性條件下生

16、成CO，1 mol CH3OH失去失去6 mol e，O2在正極上得到電子生成在正極上得到電子生成OH，電極反應(yīng)式為電極反應(yīng)式為負(fù)極：負(fù)極：CH3OH6e8OH=CO6H2O正極：正極：O26e3H2O=6OH(3)熔融鹽介質(zhì)，如熔融鹽介質(zhì)，如K2CO3。在電池工作時(shí)，在電池工作時(shí)，CO移向負(fù)極。移向負(fù)極。CH3OH在負(fù)極上失去電子，在在負(fù)極上失去電子，在CO的作用下生成的作用下生成CO2氣體，氣體，O2在正極上得到電子，在在正極上得到電子，在CO2的作的作用下生成用下生成CO，其電極反應(yīng)式為，其電極反應(yīng)式為負(fù)極：負(fù)極：CH3OH6e3CO=4CO22H2O正極：正極：O26e3CO2=3CO

17、(4)摻雜摻雜Y2O3的的ZrO3固體電解質(zhì)，在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的固體電解質(zhì)，在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2。根據(jù)根據(jù)O2移向負(fù)極，在負(fù)極上移向負(fù)極，在負(fù)極上CH3OH失電子生成失電子生成CO2氣體，而氣體，而O2在正極上得電子生成在正極上得電子生成O2，電極反應(yīng)式為，電極反應(yīng)式為負(fù)極：負(fù)極：CH3OH6e3O2=CO22H2O正極：正極：O26e=3O21一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測儀，負(fù)極上的一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測儀，負(fù)極上的反應(yīng)為反應(yīng)為CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列。下列有關(guān)說法正確的是有關(guān)說法正確的是 ()A檢測時(shí)，電解質(zhì)溶液中的檢測時(shí)

18、，電解質(zhì)溶液中的H向負(fù)極移動向負(fù)極移動B若有若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣氧氣C電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正極上發(fā)生的反應(yīng)為正極上發(fā)生的反應(yīng)為O24e2H2O=4OHC2、鋁電池性能優(yōu)越，、鋁電池性能優(yōu)越，Al-AgO電池可用作水下電池可用作水下動力電源，動力電源，其原理如右下圖所示。該電池其原理如右下圖所示。該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：反應(yīng)的化學(xué)方程式為： 。練習(xí)練習(xí)2 2AlAl3AgO2NaOH=2NaAlO23AgH2O正極正極 4、(11安徽安徽)研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種研