选修4第四章4.2化学电源全解

电池的广泛应用第4章电化学基础第二节化学电源一、一次电池干电池是一种伏打电池,利用某种吸收剂(如木屑或明胶)使内含物成为不会外溢的糊状。常用作手电筒照明、收音机等的电源。1、锌锰干电池负极（锌筒）：正极（石墨）：总反应：电极反应：Zn-2e‾=Zn2+2NH4++2e‾=2NH3↑+H2↑Zn+2NH4+=Zn2+++2NH3↑+H2↑优点：体积小、便于携带、制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2和H2O等2、碱性干电池碱性电池电解液:中性NH4Cl→碱性KOH（离子导电性更好）负极：锌片→锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）优点：与普通锌锰干电池相比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。负极：——ZnZn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极：——MnO22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)23、纽扣电池（银锌电池）负极：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：Ag2O+Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag电极反应：用途：电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等。所需电流是微安或毫安级的。二、二次电池★二次电池又称充电电池，能够重复使用至一定的周期。手机专用电池摄像机专用电池笔记本电脑专用电池化学能放电充电电能用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，还广泛用于国防、生产、生活等领域。1、铅蓄电池特点：铅蓄电池的电压稳定，使用方便安全可靠，可再次充电使用。铅蓄电池工作原理负极（Pb）：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极（PbO2）：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O原电池反应：PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂——二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液：负极：Li－e＝Li+正极：MnO2＋e＋Li+＝LiMnO2总反应：Li＋MnO2＝LiMnO22、锂电池3、镍镉电池特点：体积小，便于携带。可重复使用500次以上。寿命比铅蓄电池长。镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势。MH+NiOOHNi(OH)2+M。放电充电镍镉电池电极反应（KOH为电解液）用途：与锌锰电池相同。2NiO(OH)+2H2O+Cd2Ni(OH)2+Cd(OH)2放电充电电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节纽扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。废旧电池的回收利用三、燃料电池——高效、环境友好的化学电池它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。(例如：H2和O2的燃料电池，CH4和O2的燃料电池)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。小型高性能燃料电池1、氢氧燃料电池正负极材料正极：通氧气（氧化剂）负极：通氢气（燃料）电解质：H2SO4溶液/NaOH溶液/Na2SO4溶液电极：使用铂电极或者多孔性碳H2O2H2O①、酸性氢氧燃料电池电解质：H2SO4溶液使用铂电极电极反应负极：2H2-4e-＝4H+正极：O2+4H++4e-＝2H2O总反应：2H2+O2＝2H2O电极反应负极：2H2+4OH--4e-＝4H2O正极：O2+2H2O+4e-＝4OH-总反应：2H2+O2＝2H2O②、碱性氢氧燃料电池通入的气体在电极表面放电，电池只是作为一个通反应器。与其它电池区别：反应物不是储存在电池内。用途：氢氧燃料电池目前已应用于航天、军事通讯、电视中继站等领域介质电池反应：2H2+Ｏ２=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-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-【燃料电池】若将上述碱性电池中的燃料换成甲烷，请写出电极反应式和总反应式。总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O正极：2O2+8e-+4H2O=8OH-负极：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O如果换成甲醇呢，请写出电极反应式和总反应式。总反应：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O正极：3O2+12e-+6H2O=12OH-负极：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O①、氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②、反应产物不断排出；③、能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。缺点：体积较大、附属设备较多优点：能量转换率高、清洁、对环境好其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别：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。怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？书写步骤：1、写出燃烧反应；2、根据电解液改写燃料电池总反应；3、写出正极的电极反应式(一般较简单);正极反应一般为：①酸性介质O2+4H++4e－=2H2O②碱性介质O2+2H2O+4e－=4OH－4、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。其它常见化学电源的电极反应式也可据此写出熔融盐燃料电池是一种高温燃料电池。其工作原理是在负极通入燃料，在正极通入氧气，使用高温熔融盐作为电解质。某燃料电池使用碳酸钾作为熔融盐电解质，在一极通入一氧化碳，在另一极通入二氧化碳和氧气的混合气，已知该电池的一个电极反应式为：CO＋CO32－－2e－＝2CO2,请根据原电池的工作原理，写出另一电极反应的电极反应式和总反应方程式。固体氧化物燃料电池是一种采用固体氧化物作为电解质的燃料电池。该电池中的固体氧化物电解质是一种特殊的固体电解质，能够允许氧离子通过。其工作原理是在负极通入燃料，在正极通入氧气，而氧气所形成的氧离子能够通过氧化物电解质。某燃料电池使用固体氧化物作为电解质，在一极通入一氧化碳，在另一极通入氧气，请根据原电池的工作原理，写出电极反应式和总反应方程式。KOH溶液H2O2H2Oab例1：1969年美国“阿波罗11号”登月成功。飞船上使用的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。1、a是极，b是极2、外电路电子流向：负正a→b例2：1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源的新型电池，称之为海洋电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源。它靠海水中的溶解氧与铝反应产生电能的。为获得海水中只含有0.5%的溶解氧，科学家把正极制成仿鱼鳃的网状结构，以增大表面积，吸收海水中的微量溶解氧。这些氧在海水电解液作用下与铝反应，源源不断地产生电能。总反应式：4Al＋3O2十6H2O＝4Al(OH)3↓负极反应式：正极反应式：4Al+12OH-－12e-＝4Al(OH)33O2＋6H2O+12e-＝12OH－特点：海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长期储存。各种各样的电池空气电池单晶硅太阳能电池化学电池干电池（一次电池）充电电池（二次电池）燃料电池碱性锌锰电池铅蓄电池（Pb-PbO2-H2SO4）氢氧燃料电池（酸性、中碱性）锂离子电池镍镉蓄电池普通锌锰干电池锌银纽扣电池甲烷燃料电池