4-2化学电源.ppt

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1、4-2化学电源化学电源化学电池化学电池将化学能转换成电能的装置将化学能转换成电能的装置阅读教材阅读教材P74后思考：后思考：1 1、目前化学电池主要分哪几大类？分、目前化学电池主要分哪几大类？分别有哪些代表？别有哪些代表？2 2、化学电池与其它能源相比有哪些优、化学电池与其它能源相比有哪些优点？点？3 3、判断电池的优劣标准主要是什么？、判断电池的优劣标准主要是什么？化化学学电电池池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池氢气、甲醇、天然气、煤氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池气与氧气组成燃料电池铅蓄电池铅蓄电池锌银蓄电池锌银蓄电池镍镉电池镍镉电池锂离子电池锂离子电池普通干电池

2、普通干电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池1 1、目前化学电池主要分哪几大类？、目前化学电池主要分哪几大类？2 2、化学电池与其它能源相比有哪些优点？、化学电池与其它能源相比有哪些优点？能量转换效率高能量转换效率高供能稳定可靠供能稳定可靠可以制成各种型号的电池可以制成各种型号的电池使用方便，易于维护，并可在各种环使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。境下工作。3 3、判断电池的优劣标准主要是什么？、判断电池的优劣标准主要是什么？ 比能量的大小；比能量的大小； 比功率的大小比功率的大小; 存储时间的长短。存储时间的长短。银锌电池银锌电池锌汞电池锌汞电池银锌电池银锌电池 一般用

3、不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似钮扣（俗称钮扣电池）。盒内正极壳壳组成，形似钮扣（俗称钮扣电池）。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为质溶液为KOH浓溶液。电极反应式如下：浓溶液。电极反应式如下：负极：负极：Zn + 2OH- -2e- = ZnO + H2O正极：正极：Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH-电池的总反应式为：电池的总反应式为：Ag2O +

4、Zn = 2Ag + ZnO电池的电压一般为电池的电压一般为1.59V，使用寿命较长。，使用寿命较长。碱性蓄电池碱性蓄电池 这类电池一般寿命比铅酸蓄电池长很多，且拾携带很方便。放电Ni-Cd电池：Cd+2NiO(OH)2+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2充电放电Ni-Fe电池：Fe+2NiO(OH)2+2H2O=2Ni(OH)2+Fe(OH)2充电（ 碱性可充电电池及简易充电座）碱性可充电电池及简易充电座） 锂电池锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。负极相

5、比较，使用寿命大大延长。使用锂电源的手机与手提电脑使用锂电源的手机与手提电脑微型锂电池微型锂电池 常用于心脏起搏器、手机的一种微型电池，一般用金常用于心脏起搏器、手机的一种微型电池，一般用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液为溶有四氯化属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液为溶有四氯化铝锂（铝锂（LiAlCl4 ）的亚硫酸氯（）的亚硫酸氯（SOCl2 ）。电池的总）。电池的总反应式如下：反应式如下：8Li + 3SOCl2 = 6LiCl + Li2SO3 + 2S 这种电池的容量大，电压稳定，能在这种电池的容量大，电压稳定，能在-56.70C- +71.10C的大范围温差内正常工作的大范围温差内

6、正常工作碱性锌锰电池碱性锌锰电池构造示意图构造示意图碱性电池碱性电池 负极负极(Zn)：Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2正极正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e=2MnOOH+2OH-电池总反应电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2铅蓄电池铅蓄电池放电过程：放电过程：负极负极(Pb)：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极正极(PbO2)：PbO2+2e-+4H+ SO42- =PbSO4+2H2O电池总反应电池总反应： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 充电过程充电过程阴极阴极：还原反应：还原反应 PbSO4(s)

7、+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极阳极：氧化反应：氧化反应2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)充电过程总反应充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)缺点：缺点：比能量比能量(电池单位质量或单位体电池单位质量或单位体积所能输出的电能积所能输出的电能) )低、笨重、废弃电低、笨重、废弃电池污染池污染环境环境 优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉方便、安全可靠、价格低廉铅蓄电池的优缺点简析：铅蓄电池的优缺点简析：其它二次电

8、池：其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池新型燃料电池新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池界输入，同时将电极反应产物不断排出电池 酸性电解质中酸性电解质中 负极负极(Pt)：2H2-4e-=4H+ 正极正极(Pt)：O2+4H+4e-=2H2O 电池总反应电池总反应：2H2+O2=2H2O 碱性电解质中碱性电解质中 负极负极(Pt)：2H2- 4e- +4OH-

9、 = 4H2O 正极正极(Pt)：O2+2H2O+ 4e- =4OH- 电池总反应电池总反应：2H2+O2=2H2O燃料电池燃料电池介质电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性负极正极中性负极 正极碱性负极正极2H2 - 4e- = 4H+O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 - 4e- = 4H+O2 + 4H+ 4e-= 4H2O2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-燃料电池燃料电池介质左边多一个氧原子左边少一个氧原子酸性+ 2H+ H2O+ H2O 2H+中性+ H2O 2OH- + H2O 2H+碱性+ H2O 2OH-+ 2

10、OH- H2O结合氧原子结合氧原子结合氧原子提供氧原子提供氧原子提供氧原子固体燃料电池固体燃料电池介质电池反应： 2H2 + = 2H2O 负极正极负极 正极2H2 - 4e- = 4H+O2 + 4H+ 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- +2O2= 2H2OO2 + 4e-= 2O2 燃料电池的规律燃料电池的规律燃料做负极，助燃剂氧气为正极燃料做负极，助燃剂氧气为正极电极材料一般不参加化学反应，只电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。起传导电子的作用。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；反应产物不断排出；反应产物不断排出；能量转化率高能量转化率高(

11、 (超过超过80%)80%)，普通的只有，普通的只有 30%30%，有利于节约能源。，有利于节约能源。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：熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池 这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、同的品种，如天然气、CO、-熔融碳酸盐型、熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐处于熔化

12、状态）才能工作。（确保盐处于熔化状态）才能工作。下面以下面以CO-Li2CO3 + Na2CO3-空气与空气与CO2型型电池为例加以说明：电池为例加以说明：负极反应式：负极反应式：2CO + 2CO32- -4e- = 4CO2正极反应式：正极反应式：O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32-总反应式为：总反应式为：2CO + O2 = 2CO2该电池的工作温度一般为该电池的工作温度一般为6500C书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：练习练习1：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池高能、轻便、无污染

13、的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为为2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式为：，则其正极反应式为：_。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示，则其负极反应可表示为：为：_。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2- 4e-+4OH-=4H2O 练习练习2：碱性电池具有容量大、放电电流大的特碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，总反应式为：化钾溶液为电解液，总反应式为：Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列说法错误的是（下列说法错误的是（ ）A 电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为： 2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极极D 外电路中每通过外电路中每通过0 2mol电子，锌的质量理论电子，锌的质量理论上减小上减小6 5gC