高中化学选修四-化学电源

第四章电化学普通锌锰电池碱性电池镍镉电池小型高性能燃料电池镍氢电池纽扣电池索尼数码相机锂电池化学电源的分类：•一次电池：电池中的反应物质在进行一次电化学反应（放电）之后就不能再次使用了，即无法充电再使用（只能废弃而不能再生）。这样的电池，叫做一次电池。废弃的一次电池必须妥善处理，否则会造成矿产资源的极大浪费和环境污染。•二次电池：可以多次反复使用，放电后可以充电复原再重新放电的电池，也称蓄电池、可充电电池。•三、连续电池：又称燃料电池。１、化学电池分类化学电池一次电池二次电池燃料电池定义例子电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用．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生，恢复工作能力，可多次重复使用．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，又称连续电池．干电池：电池中的电解质溶液制成胶体，不流动，故称干电池．铅蓄电池、锌银蓄电池、镍镉电池、锂离子电池氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池一、化学电池小型高性能燃料电池２、化学电池优点：P74（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。（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。（３）易维护，可在各种环境下工作。３、判断电池优劣的标准（１）比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（２）比功率[符号是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（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、储存时间长的电池，其质量好。电池的总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)1、干电池(普通锌-锰电池）干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。一、一次电池干电池电极:Zn为负极,碳棒为正极电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。电极方程式：负极(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋正极：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O碱性锌-锰干电池负极：正极：电池反应：电解质：KOH——Zn——MnO2Zn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+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．银锌电池Zn为负极,Ag2O为正极电解液:KOH溶液电极反应式:负极:Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2正极:Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－总反应式:Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2电池特点:比能量高、电压高、储存时间长、工作温度宽等优点.Li电池:负极:Li,正极可以是:CuO、FeS2、MnO2、C等;无机溶剂亚硫酰氯SOCl2在炭极上发生还原反应.电解液是由四氯铝化锂LiAlCl4溶解于亚硫酰氯中组成.它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应,生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。(-)8Li－8e-=8Li+;(+)3SOCl2+8e-=6Cl-+2S+SO32-总反应：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S二、二次电池------蓄电池（1）铅蓄电池正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是海绵状的金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。写出电极反应式；分析电子转移情况及电解质溶液浓度的变化情况。铅蓄电池:电极：Pb为负极,PbO2为正极.电解液:30%的H2SO4溶液电极反应式:放电时：为原电池负极(Pb)：Pb＋SO42-－2e-＝PbSO4正极(PbO2)PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e-＝PbSO4＋2H2O总电池反应:PbO2＋Pb＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O充电时：为电解池阴极(Pb)：PbSO4＋2e-＝Pb＋SO42-阳极(PbO2)PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H＋＋SO42－总电解反应:2PbSO4＋2H2O＝PbO2＋Pb＋2H2SO4通电燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。酸性电解质：负极：2H2-4e-==4H+正极：O2+4H++4e-==2H2O总反应：2H2+O2==2H2O三、燃料电池(1)氢氧燃料电池碱性电解质的氢氧燃料电池：航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出电极反应及电池反应式；若将氢气换成甲烷、甲醇，写出电极反应及电池反应式。氢氧燃料电池(1)电极:Pt制作的惰性电极(2)电解质溶液:KOH溶液反应原理:碱性电解质负极:2H2-4e-+4OH-==4H2O正极:O2+2H2O+4e-==4OH-总反应:2H2+O2==2H2O电极反应：负极：CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O(2)以甲烷作燃料的燃料电池电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。(3)以甲醇作燃料的燃料电池电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。电极反应：负极：2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应式：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O燃料电池的规律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，只起传导电子的作用。③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：①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出电极反应式的书写：1.给出总反应式，写电极方程式。以反应2H2+O2==2H2O，电解质溶液为KOH为例。（1）根据总反应方程式，列出总式两边各元素化合价变化和电子转移情况。H:从H2的0价变为H2O的+1价失电子氧化反应O:从O2的0价变为H2O的-2价得电子还原反应失电子，发生氧化反应的为负极：H2变为H2O,由总反应可知，有4个氢原子从0价变为+1价，故负极失去4个电子。负极：2H2-4e-==4H+（2）根据电解质溶液的酸碱性，用H+、OH-或其他离子配平，使两边电荷总数相等。负极：2H2-4e-+4OH-==4H2O（注意：电子带负电荷，在碱性溶液中，电极反应式不出现H+）同样的道理，正极O2得到相同的电子数量4个，转化为OH-正极:O2+2H2O+4e-==4OH-（注意：当反应中生成物与反应物H和O元素的个数无法配平时，可以尝试添加H2O到反应中进行配平。）总结：各类电极反应式的一般书写步骤：1.列出物质，标出各元素价态变化，判断电子得失，断定正负极。2.选离子，配电荷。根据电解质溶液的酸碱性，用H+、OH-或其他离子配平，使两边电荷总数相等。3.配个数，巧用水。当反应中生成物与反应物H和O元素的个数无法配平时，可以尝试添加H2O到反应中进行配平。4.两式加，验总式。电极反应式的书写：2.根据装置书写电极反应式，首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定2个半反应（即电极反应）如：氢氧燃料电池，电解质溶液为酸性溶液总反应：2H2+O2==2H2O酸性装置原理分析：负极室通入H2，它在Pt电极上被催化分解为H原子，再失去电子成为H+进入电解质溶液，透过薄膜，进入正极室；在正极室通入O2，经过Pt电极的催化，O2、H+在正极上放电生成H2O.负极:2H2-4e-==4H+正极:O2+4H++4e-==2H2O1.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的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气体为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:负极反应式：2CO+2CO32--4e-==4CO2正极反应式：_________________，电池总反应式：_______________。解析：作为燃料电池,总的效果就是把燃料进行燃烧.本题中CO为还原剂,空气中O2为氧化剂,电池总反应式为：2CO+O2==2CO2。用总反应式减去电池负极反应式,就可得到电池正极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-O2+2CO2+4e-=2CO32-2CO+O2=2CO2解析:KOH电解液,总反应－负极反应,得正极反应：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq).电子由Zn负极通过外电路到正极.1molZn失2mol电子,外电路中每通过O.2mol电子,Zn的质量理论上减小6.5g.故答案为C项。2.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-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是……………………………()A.电池工作时,锌失去电子B.电池正极电极反应为: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极D.外电路每通过0.2mole-,理论上减小锌的质量6.5g减少污染节约资源