化學(xué)電源課件

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

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

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

反應(yīng)

反應(yīng)氧化還原電極反應(yīng):

;電極反應(yīng):

;1、鋅錳干電池：已知堿性鋅錳電池總反應(yīng)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(yīng)方程式為則負(fù)極電極反應(yīng)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(fù)極:___,正極:____,電解質(zhì):____(3)工作原理。負(fù)極反應(yīng):Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2;正極反應(yīng):_______________________;總反應(yīng):Zn+Ag2O+H2O====Zn(OH)2+2Ag(4)特點(diǎn):比能量大,電壓穩(wěn)定,儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng),適用于小電流連續(xù)放電。3.鋰電池:(1)基本組成:負(fù)極___,正極MnO2、CuO、FeS2等,電解質(zhì):非水溶劑。(2)特點(diǎn):比能量高、電壓高、工作溫度寬,儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)。歸納總結(jié)：根據(jù)化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式注意點(diǎn)：

①、找出

反應(yīng)和

反應(yīng)的物質(zhì)，確定正負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì)；②、負(fù)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(yàn)證：兩電極反應(yīng)式

所得式子和原化學(xué)方程式相同，則書(shū)寫(xiě)正確。還原氧化酸堿相加試根據(jù)反應(yīng)Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O寫(xiě)出鉛蓄電池的電極方程式負(fù)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(guò)程總反應(yīng)：

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

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

PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)電源？用電器？目前汽車(chē)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(yīng)用于國(guó)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(xué)燃料并不儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是從外部供應(yīng)，便于燃料的補(bǔ)充，從而電池可以長(zhǎng)時(shí)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(yīng)，設(shè)計(jì)成燃料電池的電極方程式為(電解質(zhì)為KOH溶液)負(fù)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(shí)，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(yīng)用實(shí)例:(1)氫氧燃料電池。①堿性電解液中的電極反應(yīng)負(fù)極:2H2-4e-+4OH-====4H2O;正極:O2+4e-+2H2O====4OH-。②酸性電解液中的電極反應(yīng)負(fù)極:2H2-4e-====4H+;正極:O2+4H++4e-====2H2O。(2)甲烷燃料電池。用導(dǎo)線(xiàn)連接的兩個(gè)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(yīng)式:①堿性電解液中的電極反應(yīng):負(fù)極:CH4+10OH--8e-====C+7H2O;正極:2O2+4H2O+8e-====8OH-。②酸性電解液中的電極反應(yīng):負(fù)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(diǎn)？四、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)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(hù)，并可在各種環(huán)境下工作

①、比能量：［符號(hào)(A·h/kg)，(A·h/L)］電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):②、比功率：[符號(hào)是W/kg，W/L)]③、比時(shí)間：電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。類(lèi)型一化學(xué)電源的反應(yīng)原理

【典例】(2013·安徽高考)熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)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(wú)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(yīng)為PbSO4+2LiCl+Ca====CaCl2+Li2SO4+Pb。典例精析下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)A.正極反應(yīng)式:Ca+2Cl--2e-====CaCl2B.放電過(guò)程中,Li+向負(fù)極移動(dòng)C.每轉(zhuǎn)移0.1mol電子,理論上生成20.7gPbD.常溫時(shí),在正負(fù)極間接上電流表或檢流計(jì),指針不偏轉(zhuǎn)【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意原電池的構(gòu)成、電極判斷、電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、離子流動(dòng)方向以及簡(jiǎn)單計(jì)算?！窘馕觥窟xD。正極應(yīng)是得電子發(fā)生還原反應(yīng),故為PbSO4+2e-====Pb+S,A錯(cuò)誤;放電過(guò)程為原電池,陽(yáng)離子向正極移動(dòng),B錯(cuò)誤;每轉(zhuǎn)移0.1mol電子,生成0.05molPb,為10.35g,C錯(cuò)誤;由題意“熱激活”表明該電池應(yīng)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(yīng),負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng);(2)本題易忽略此熱激活電池的電解質(zhì)為無(wú)水LiCl-KCl混合物熔融體。【變式訓(xùn)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(diǎn),其電池反應(yīng)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(jìn)入負(fù)極反應(yīng)B.負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-====Zn2+C.正極發(fā)生氧化反應(yīng)D.電解液是強(qiáng)酸【解析】選B。由電池反應(yīng)知:負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)為Zn-2e-====Zn2+,由此可知A、C錯(cuò)誤,B正確。由于負(fù)極是較活潑的金屬鋅且產(chǎn)物為ZnO,故電解液肯定不是強(qiáng)酸,否則無(wú)論電池工作與否,鋅極很快就會(huì)被腐蝕,且酸性溶液中不會(huì)有ZnO生成,故D錯(cuò)誤。類(lèi)型二電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)

【典例】(2013·連云港高二檢測(cè))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(dǎo)O2-。下列對(duì)該燃料電池說(shuō)法正確的是(

)A.在熔融電解質(zhì)中,O2-由負(fù)極移向正極B.電池的總反應(yīng)是:2C4H10+13O2====8CO2+10H2OC.通入空氣的一極是正極,電極反應(yīng)為:O2+4e-====2O2-D.通入丁烷的一極是正極,電極反應(yīng)為:C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O點(diǎn)燃【解題指南】解答本題要注意以下兩點(diǎn):(1)燃料電池中燃料在負(fù)極失去電子,氧氣在正極得到電子。(2)正負(fù)極反應(yīng)式相加得到總電極反應(yīng)式?！窘馕觥窟xC。由原電池原理知電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)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(cuò);燃料電池不是在點(diǎn)燃的條件下發(fā)生的,B錯(cuò)誤;丁烷失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),通入丁烷的一極是負(fù)極,D錯(cuò)誤;O2得電子,發(fā)生還原反應(yīng),通入空氣的一極是正極,C正確。【名師點(diǎn)評(píng)】講解本題時(shí)應(yīng)注意以下3點(diǎn):(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(dòng)方向:陽(yáng)離子向正極,陰離子向負(fù)極。(3)負(fù)極失去電子,正極得到電子?！痉椒ㄒ?guī)律】書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式的方法(1)電池的負(fù)極反應(yīng)物是還原性物質(zhì)(或燃料),失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。電池的正極反應(yīng)物是氧化性物質(zhì)(通常是氧氣),得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。(2)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí),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(yáng)離子要和電極反應(yīng)式中出現(xiàn)的離子相對(duì)應(yīng)。(3)正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式在得失電子相等時(shí)相加,所得電池反應(yīng)必是燃料燃燒反應(yīng)和燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的疊加反應(yīng)式。(4)電解質(zhì)溶液不同時(shí),則正、負(fù)極反應(yīng)式也不相同,但總反應(yīng)式不變?！咀兪接?xùn)練】鋰電池是新一代高能電池,目前已研發(fā)出多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)式為L(zhǎng)i+MnO2====LiMnO2。下列說(shuō)法中正確的是(

)A.Li是正極,MnO2是負(fù)極B.放電時(shí)負(fù)極的反應(yīng):Li-e-====Li+C.放電時(shí)正極發(fā)生氧化反應(yīng)D.電池放電時(shí),產(chǎn)生高錳酸根離子【解析】選B。Li為負(fù)極,發(fā)生反應(yīng):Li-e-====Li+,屬氧化反應(yīng),MnO2為正極,發(fā)生還原反應(yīng),整個(gè)過(guò)程無(wú)高錳酸根離子產(chǎn)生,故選B。1.下列化學(xué)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(qiáng)的重金屬,會(huì)造成土壤、水源嚴(yán)重的污染,并通過(guò)食物鏈給人體健康造成威脅和危害,氫氧燃料電池中反應(yīng)產(chǎn)物是水,無(wú)污染。當(dāng)堂訓(xùn)練2.鋅錳干電池在放電時(shí),總反應(yīng)方程式可以表示為Zn(s)+2MnO2+2N====Zn2++Mn2O3(s)+2NH3+H2O,在此電池放電時(shí)正極(碳棒)上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是(

)A.Zn B.碳C.MnO2和N D.Zn2+和NH3【解析】選C。Zn在負(fù)極上被氧化,剩余的物質(zhì)將在正極上反應(yīng)得到Mn2O3、NH3和H2O。要注意題中問(wèn)的是正極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì),不要考慮成被還原的物質(zhì)。3.下列關(guān)于化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的四種裝置的說(shuō)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(shí),氫氣發(fā)生還原反應(yīng)D.電池Ⅳ工作時(shí),電子由鋅通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)流向碳棒【解析】選D。電池Ⅰ中鋅是負(fù)極,銅是正極,A錯(cuò)誤;電池Ⅱ?yàn)殂U蓄電池,屬于二次電池,B錯(cuò)誤;電池Ⅲ為氫氧燃料電池,H2在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),C錯(cuò)誤;電池Ⅳ為鋅錳干電池,鋅為負(fù)極,碳棒為正極,電子由負(fù)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(guò)。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(yīng)。(1)a極為電池的

極,發(fā)生

反應(yīng);b極為電池的

極。(2)a極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為