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1、第四章 电化学基础,第二节 化学电源,人教版选修4 化学反应原理,电极材料电子流向反应类型,组 成 负 极 正 极 电解质,相对活泼的金属流出电子氧化反应,酸、碱或盐的溶液,相对不活泼的金属（或能导电的非金属）流入电子还原反应,原电池的组成,问题讨论,1、通过日常生活的学习，你知道哪些电池？其中哪些属于化学电池？2、化学电池与其他能源相比有哪些优点？3、判断电池的优劣标准主要是什么？4、目前化学电池主要分为哪几大类？产生电能的基本原理是什么？各自有什么特点？,？,锂电池,干电池,叠层电池,纽扣电池,各类电池,1：各类电池,2、化学电池,1)概念:,将化学能变成电能的装置,2)分类:,一次电池又
2、称不可充电电池或干电池二次电池又称充电电池或蓄电池燃料电池,3)优点:,能量转换效率高，供能稳定可靠,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,易维护，可在各种环境下工作。,4)电池优劣的判断标准:,比能量,单位：(wh/kg)，(wh/L),指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,比功率,单位：（W/kg，W/L),指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小.,电池的可储存时间的长短,除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。,碱性锌-锰干电池,负极-Zn,正极MnO2,电池反应：,电解质：,KOH,Zn+2OH-2e-=Zn(O
3、H)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,思考该电池的正负极材料和电解质？,碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、时间比干电池增大几倍，不会气涨或漏液。,(一)一次电池,钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO,2、银-锌电池,负极：,正极：,总反应：,Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,Ag2O+Zn=
4、ZnO+2Ag,铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,3、铅蓄电池,1)正负极材料,正极：PbO2,负极：Pb,2)工作机制,电解质：H2SO4溶液,铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程,(二)二次电池,放电过程总反应：,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l),Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s),正极：,PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l),氧化反应,还原反应,负极：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程,充电过程,PbSO4(s
5、)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq),还原反应,阴极：,阳极：,2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4 H+(aq)+SO42-(aq),氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),铅蓄电池的充放电过程：,3)优缺点简析,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,其它二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,大有发展前景的燃料电池 燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反
6、应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的大致情况如下：,(三)燃料电池,4、燃料电池,负极H2：,正极O2：,总反应：O2+2H2=2H2O,氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介质,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,燃 料
7、 电 池,2H2-4e-=4H+,O2+4H+4e-=2H2O,2H2-4e-=4H+,O2+2H2O+4e-=4OH-,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,燃料电池的规律,燃料做负极，助燃剂氧气为正极,电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。,能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。,燃料电池与前几种电池的差别：,氧化剂与还原剂在工作时不断补充；,反应产物不断排出,优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好,用途：宇宙飞船，应用前景广阔,书写电极反应式应注意以下几点：,1电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”
8、、“平”）；,3负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32形式存在）；,2将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；,电池的发展方向,光电池使用方便,特别是近年来 微小型半导体逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷.美,日,欧和发展中国家都制定出庞大的 光伏技术发展计划,开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩大产 业.目前已有80多个国家和16,市场开拓从 空间转向地面系统应用。,减 少 污 染节 约 资 源,将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电
9、极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应为_ _；通入氧气的一极为_，电极反应为_，总反应为_。,负极,CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,正极,O2+4e-+2H2O=4OH-,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,1.若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应,2、熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:负极反应式:,正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32-总电池反应 式:.,2CO+2CO32-4e-=4CO2,2CO+O2=2CO2,
