42化学电源.

§4.2化学电源第四章电化学基础1.在日常生活和学习中，你知道哪些电池？电池化学电池太阳能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热能转变为电能的装置2.目前化学电池主要分为哪几类？主流产品有那些？化学电池一次电池二次电池燃料电池碱性锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池锂离子电池锌银蓄电池普通干电池锌银纽扣电池石墨烯电池或将引领改革•石墨烯电池或将引领改革:充电10分钟跑1000公里报道:西班牙Graphenano公司(一家以工业规模生产石墨烯的公司)同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟。虽然此电池具有各种优良的性能，但其成本并不高。Graphenano公司相关负责人称，此电池的成本将比锂电池低77%，完全在消费者承受范围之内。此外，在汽车燃料电池等领域，石墨烯还有望带来革命性进步。锂空气电池问世蓄电量为锂离子电池10倍•锂空气电池的正极为多孔的导电碳材料，负极为锂金属，它的理论蓄电能力为锂离子电池的10倍。不过，锂空气电池正处在研发的早期阶段，实验型号在日常使用中存在不够稳定的情况，如低下的充电/放电效率和低下的能量效率。另外，目前锂空气电池只能在纯氧环境下使用，显然不符合人们的日常使用环境。•为了让这款电池更具稳定性，剑桥大学化学教授克莱尔·格蕾（ClareP.Grey）和她的团队正在继续进行努力。预计还要10年时间，锂空气电池才能真正走向市场。3.化学电池与其他能源相比较有何优点？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。4.判断化学电池优劣标准主要是什么？P74①比能量:电池单位质量或单位体积所能输出电能［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］②比功率:电池单位质量或单位体积所能输出的功率[符号是W/kg，W/L)]③电池的储存时间的长短1.干电池（锌锰电池，最早使用的化学电池）一、一次电池Zn－2e－＝Zn2＋负极——锌筒正极——碳棒2MnO2+2NH4＋＋2e－＝2NH3↑＋2MnOOH氢氧化氧锰总反应Zn＋2MnO2+2NH4+＝Zn2＋+2NH3↑＋2MnOOH2.碱性锌锰电池正极——MnO2负极——ZnZn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-电解质——KOHZn＋2MnO2＋2H2O＝Zn(OH)2＋2MnOOH总反应一、一次电池负极3.锌银电池Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2负极——Zn正极——Ag2O电解质——KOHAg2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－Zn＋Ag2O+H2O＝Zn(OH)2＋2Ag总反应4.优缺点缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电一、一次电池铅蓄电池正极——PbO2负极——Pb工作原理电解质——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-=PbSO4(s)+2H2O(l)负极：铅蓄电池放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程二、二次电池充电过程总反应：PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极：发生氧化反应的电极PbSO4(s)+2H2O(l)－2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)阴极：发生还原反应的电极铅蓄电池充电过程2PbSO4(s)＋2H2O(l)＝Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)放电充电二、二次电池放电用正负极，充电用阴阳极镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池……常见的二次电池有哪些？二、二次电池燃料电池是一种连续地将燃料与氧化剂的化学能直接转化成电流的化学电源。工作时把还原剂(如氢气、甲烷等气体)、氧化剂(如氧气或空气)不断从外界输入，同时把电极反应产物不断排出电池。电解液可以用碱液（如氢氧化钾等）。化学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。三、燃料电池1.氢氧燃料电池电解质溶液电池反应：2H2+O2=2H2O酸性负极正极碱性负极正极2H2＋4OH－－4e－＝4H2OO2＋2H2O＋4e－＝4OH－2H2－4e－＝4H＋O2＋4H＋＋4e－＝2H2O正负极材料——铂电极正极室：通氧气负极室：通氢气（燃料）电解质：H2SO4或KOH溶液三、燃料电池2.甲烷燃料电池负极CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2O正极2O2＋4H2O＋8e－＝8OH－CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O总反应电解质溶液KOH三、燃料电池1.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，电流总反应式为：Zn+2MnO2+H2O==Zn(OH)2+Mn2O3下列说法错误的是()A电池工作时，锌失去电子B电池正极电极反应式为：2MnO2＋H2O＋2e-＝Mn2O3＋2OH-(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量减小6.5gC练一练练一练2.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－+H2O=CH3COOH+4H＋。下列有关说法正确的是()A.检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B.若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气C.电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2OD.正极上发生的反应是：O2+4e－+2H2O=4OH－C练一练3.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆一氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A．有O2放电的a极为电池的负极B．有H2放电的b极为电池的正极C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．该电池的总反应方程式为2H2＋O22H2O高温D4.在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为___mol,溶液的pH变_________？（溶液体积变化忽略不计）0.2解得：y＝0.015(mol)x＝0.015(mol)＝＝0.035(mol/L)∴pH＝-lg0.035＝1.46－0.015根据电极反应：正极：负极：Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑得：2222.4xy0.168解：0.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——2e-——H2↑大0.015练一练