1、1第四章第四章 電化學基礎電化學基礎第二節第二節 化學電源化學電源2學與問學與問在日常生活和學習中，你用過哪些電池，在日常生活和學習中，你用過哪些電池，你知道電池的其它應用嗎？你知道電池的其它應用嗎？ 電池電池化學電池化學電池太陽能電池太陽能電池原子能電池原子能電池將化學能轉換成電能的裝置將化學能轉換成電能的裝置將太陽能轉換成電能的裝置將太陽能轉換成電能的裝置將放射性同位素自然衰變時產生將放射性同位素自然衰變時產生的熱能通過熱能轉換器轉變為電的熱能通過熱能轉換器轉變為電能的裝置能的裝置31、概念、概念:將化學能變成電能的裝置將化學能變成電能的裝置2、分類、分類:一次電池又稱不可充電電池一次電池

2、又稱不可充電電池如：干電池如：干電池二次電池又稱充電電池二次電池又稱充電電池蓄電池蓄電池燃料電池燃料電池3、優點、優點:能量轉換效率高，供能穩定可靠。能量轉換效率高，供能穩定可靠。可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。的電池和電池組，使用方便。易維護，可在各種環境下工作。易維護，可在各種環境下工作。化學電池化學電池44、電池優劣的判斷標準、電池優劣的判斷標準:比能量比能量符號符號(Wh/kg)，(Wh/L)指電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少指電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少比功率比功率符號是符號是W/kg，W/L)

3、指電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大小指電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大小電池的儲存時間的長短電池的儲存時間的長短5疊層電池疊層電池紐扣電池紐扣電池各各類類電電池池各類電池各類電池鋰電池鋰電池干電池干電池6空氣電池空氣電池小型高性能燃料電池小型高性能燃料電池 71 1、干電池、干電池( (普通鋅錳電池）普通鋅錳電池）干電池用鋅制桶形外殼作干電池用鋅制桶形外殼作負極，位于中央的頂蓋有負極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充墨周圍填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作電解質溶液，還和淀粉作電解質溶液，還填充填充MnOMnO2 2的黑

4、色粉末吸收正極放出的的黑色粉末吸收正極放出的H H2 2，防止產生極化，防止產生極化現象。現象。一、一、 一次電池一次電池8干電池干電池 負極（鋅筒）：負極（鋅筒）：Zn- -2e- -Zn2+ 正極（石墨棒）：正極（石墨棒）： 2NH4+2e- -2NH3+H2 H2+2MnO2Mn2O3+H2OZn2+4NH3Zn(NH3)42+ 總反應：總反應：2Zn + 4MnO2 + 4NH4Cl =Zn(NH3)4Cl2 + 2Mn2O3 + ZnCl2 + 2H2O（- -）Zn | NH4Cl | C（+） 92、堿性鋅、堿性鋅-錳干電池錳干電池| KOH KOH |負極：負極：( (- -)

5、 ) Zn ZnZn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2正極：正極：2MnO2+2H2O+2e- = 2MnOOH+2OH-缺點：缺點：多數只能一次使用，不能充電；價格較貴多數只能一次使用，不能充電；價格較貴優點：優點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流 和連續放電和連續放電電池總反應：電池總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 ( (+ +) )MnOMnO2 2103.鋅銀鈕扣電池鋅銀鈕扣電池正極：正極：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH負極：負極：Zn +2OH-2e- =ZnO+H2O總反應：總

6、反應： Zn+Ag2O=ZnO+2AgZn | KOH | Ag2O114 4、鋰電池、鋰電池鋰亞硫酰氯電池鋰亞硫酰氯電池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )： 8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S負極：負極： ；正極：正極： 。用途：質輕、高能用途：質輕、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高穩定電、高工作效率、高穩定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應用于軍事和航空壓、工作溫度寬、高使用壽命，廣泛應用于軍事和航空領域。領域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2

7、2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S12鉛蓄電池、鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池1.鉛蓄電池鉛蓄電池(1)正負極材料正負極材料正極：正極：PbO2負極：負極：Pb(2)工作機制工作機制電解質：電解質：H2SO4溶液溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應分為放電鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應分為放電和充電兩個過程和充電兩個過程二、二次電池二、二次電池13放電過程總反應：放電過程總反應：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbS

8、O4 (s)正極：正極：PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =PbSO4 (s) +2H2O 氧化反應氧化反應 還原反應還原反應負極：負極：放電過程放電過程鉛蓄電池充電的反應則是上述反應的鉛蓄電池充電的反應則是上述反應的逆過程逆過程14Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)充電過程充電過程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 還原反應還原反應陰極：陰極：陽極：陽極：PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H+ SO42- 氧化反應氧化反應接電源負極接電源負極接電源正極接電源正極充電過程總反應：充電

9、過程總反應：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程：放電放電充電充電15(3)優缺點簡析優缺點簡析缺點：缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環境比能量低、笨重、廢棄電池污染環境優點：優點：可重復使用、電壓穩定、使用方便、安全可靠、可重復使用、電壓穩定、使用方便、安全可靠、價格低廉價格低廉其它二次電池其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池離子蓄電池162 2、銀鋅蓄電池、銀鋅蓄電池172 2、銀鋅蓄電池、銀鋅蓄電池反應式為：反應式為：Zn+AgZn+Ag2

10、 2O+HO+H2 2O 2Ag+Zn(OH)O 2Ag+Zn(OH)2 2 寫出電極反應式。寫出電極反應式。放電放電充電充電正極殼填充正極殼填充Ag2O和石墨，和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，負極蓋填充鋅汞合金，電解質溶液電解質溶液KOH。18銀銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：充電和放電過程可以表示為：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O放電放電充電充電此電池放電時，負極上發生反應的物質是（此電池放電時，負極上發生反應的物質是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD電極反應：電極反應：負極

11、：負極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正極：正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-193 3、鎘鎳電池、鎘鎳電池 NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放電電充電充電負極材料：負極材料：CdCd； 正極材料：正極材料：涂有涂有NiONiO2 2，電解質：電解質：KOHKOH溶液。溶液。反應式如下：反應式如下：寫出電極反應式。寫出電極反應式。 特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用。特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用。 20鎳鎳鎘可充電電池可發生如下反應：鎘可充電電池可發生如下反應：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池的負極材料是由此可知，

12、該電池的負極材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放電放電充電充電A. Cd （ A ）B. NiO(OH) D. Ni(OH)2C. Cd(OH)2電極反應：電極反應：負極：負極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正極：正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-21大有發展前景的燃料電池大有發展前景的燃料電池 燃料電池燃料電池是利用是利用氫氣、天然氣、甲醇氫氣、天然氣、甲醇等燃料與等燃料與氧氣或空氣氧氣或空氣進行電化學反應時釋放出來的化學能直接進行電化學反應時釋放出來的化學能直接轉化成電能的一類原電池。目前轉化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉化燃料電池

13、的能量轉化率可達近率可達近80%80%，約為火力發電的，約為火力發電的2 2倍倍。這是因為火力發。這是因為火力發電中放出的廢熱太多。燃料電池的電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲噪聲及硫氧化物、及硫氧化物、氮氧化物等氮氧化物等廢氣污染都接近零廢氣污染都接近零；燃料電池發明于；燃料電池發明于1919世世紀紀3030年代末，經反復試驗、改進，到年代末，經反復試驗、改進，到2020世紀世紀6060年代才年代才開始進入實用階段。開始進入實用階段。三、三、燃料電池燃料電池221、燃料電池特點、燃料電池特點 燃料、氧化劑：外部供給燃料、氧化劑：外部供給 電極：不包含活性物質，只是一個催化轉化元件電極：不包含

14、活性物質，只是一個催化轉化元件2、燃料電池優點：、燃料電池優點： 綠色、高效、節能，可連續使用。綠色、高效、節能，可連續使用。23氫氧燃料電池氫氧燃料電池243、氫氧燃料電池、氫氧燃料電池（1）構造特點：）構造特點：（2）電池反應）電池反應 酸性電解質酸性電解質 總反應：總反應： 負極：負極： 正極：正極：25負極負極 : 2H2+4OH-4e-4H2O 正極正極 : O2+2H2O4e-4OH- 總反應方程式總反應方程式 ： 2H2O22H2O練習練習1：氫氧燃料電池（：氫氧燃料電池（堿性電解質堿性電解質）26負極負極 :正極正極 : 總反應方程式總反應方程式 ： 練習練習2：甲醇燃料電池：

15、甲醇燃料電池 酸性電解質酸性電解質 堿性電解質堿性電解質27負極負極 :正極正極 : 總反應方程式總反應方程式 ： 練習練習3：乙烷燃料電池：乙烷燃料電池 酸性電解質酸性電解質 堿性電解質堿性電解質284、熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重、熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視，可用視，可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，的熔融鹽混合物作電解質，CO為陽極燃氣，空氣與為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃氣，的混合氣為陰極助燃氣，制得在制得在650 下工作的燃料電池，完成有關的電池反下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式：應式：負極反應式：負極反應式：2

16、CO2CO32- =4CO24e正極反應式：正極反應式： 。總電池反應式：總電池反應式： 。295、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質是摻雜氧化釔氣體；電解質是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯的氧化鋯(ZrO2)晶體，晶體，在熔融狀態下能傳導在熔融狀態下能傳導O2-。下列對該燃料電池說法正確的。下列對該燃料電池說法正確的是是 ( )A. 在熔融電解質中，在熔融電解質中，O2-由負極移向正極由負極移向正極B. 電池的總反應是：電池的總反應是：2C4H1013O2- 8CO210H2OC.通入空氣的一極是正極，電極反應為通入空氣

17、的一極是正極，電極反應為:O24e-2O2-D. 通入丁烷的一極是正極，電極反應為：通入丁烷的一極是正極，電極反應為： C4H1026e-13O2-4CO25H2O30燃燃 料料 電電 池池介質電池反應： 2H2 + = 2H2O 酸性負極正極中性負極 正極堿性負極正極2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-31固體燃料電池固體燃料電池介質介質電池反應：電池反應： 2H2 + = 2H2O 負負極極正正極極

18、負負極極 正正極極2H2 - 4e- +2O2= 2H2O O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 32書寫電極反應式應注意以下幾點：書寫電極反應式應注意以下幾點：1 1電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子反應的電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子反應的所有規則（如所有規則（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3負極失電子所得氧化產物和正極得電子所得還原負極失電子所得氧化產物和正極得電子所得還原產物，與溶液的酸堿性有關（如產物，與溶液的酸堿性有關（如4價的價的C在在酸性溶酸性溶液中液中以以CO2形式存在，在形式存在，在堿性溶液中堿性溶液

19、中以以CO32形式存形式存在）；在）；2 2將兩極反應的電子得失數配平后，相加得到總反將兩極反應的電子得失數配平后，相加得到總反應，總反應減去一極反應即得到另一極反應；應，總反應減去一極反應即得到另一極反應；33用途廣泛的電池用于用于“神六神六”的太陽能電的太陽能電池池筆記本電腦專用電池筆記本電腦專用電池手機專用電池手機專用電池攝像機專用電池攝像機專用電池各式各樣的紐扣電各式各樣的紐扣電池池34 迅猛發展的綠色環保電池是指近年來研制、開發和已迅猛發展的綠色環保電池是指近年來研制、開發和已 投投入使用的高性能、無污染電池。入使用的高性能、無污染電池。金屬氫化物鎳電池金屬氫化物鎳電池與鎘鎳電池與鎘

20、鎳電池有相同的工作電壓有相同的工作電壓(12(12伏伏) )，但由于采用了，但由于采用了稀土合金或稀土合金或TiNiTiNi合金合金儲氫材料作為儲氫材料作為 負極活性物質負極活性物質，取代了致癌物質鎘，使其，取代了致癌物質鎘，使其 成為成為一種綠色環保電池。一種綠色環保電池。 鋰離子蓄電池鋰離子蓄電池系由系由碳作負極，嵌鋰的金碳作負極，嵌鋰的金屬氧化物作屬氧化物作 正極和有機電解質構成正極和有機電解質構成，其工作電壓為，其工作電壓為3636伏，因伏，因此一個此一個 鋰離子電池相當三個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。鋰離子電池相當三個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。可充可充電堿錳電池電堿錳電池是在是在堿性鋅錳原

21、電池堿性鋅錳原電池基礎上發展起基礎上發展起 來的，由于應來的，由于應用了無汞化的鋅粉及新型添加劑，不僅保持了原電池用了無汞化的鋅粉及新型添加劑，不僅保持了原電池 的電流的電流放電特性，而且能充電使用幾十次至幾百次。放電特性，而且能充電使用幾十次至幾百次。太陽能電池太陽能電池利用利用P PN N結的結的光電效應光電效應，把太陽光能直接轉換成電，把太陽光能直接轉換成電 能，滿足用戶能，滿足用戶需要。這種發電具有無需燃料、無污染、無需要。這種發電具有無需燃料、無污染、無 噪聲、運行簡單噪聲、運行簡單可靠、減少維護、建設周期短等特點，已被空間和無常規能源可靠、減少維護、建設周期短等特點，已被空間和無常

22、規能源的地域廣泛采用。的地域廣泛采用。綠色電池種種綠色電池種種35電池的發展方向電池的發展方向n光電池使用方便光電池使用方便, ,特別是近年來特別是近年來 微小型半導體逆變器迅微小型半導體逆變器迅速發展速發展, ,促使其應用更加快捷促使其應用更加快捷. .美美, ,日日, ,歐和發展中國家都歐和發展中國家都制定出龐大的制定出龐大的 光伏技術發展計劃光伏技術發展計劃, ,開發方向是大幅度提開發方向是大幅度提高光電池轉換效率和穩定性高光電池轉換效率和穩定性, ,降低成本降低成本, ,不斷擴大產不斷擴大產 業業. .目前已有目前已有8080多個多個n國家和地區形成國家和地區形成n商業化商業化, ,半

23、商業化半商業化n生產能力生產能力, , 市場開市場開n拓從拓從 空間轉向地空間轉向地n面系統應用。面系統應用。36課堂總結1 1、僅有一個電極材料參與反應的原電池：、僅有一個電極材料參與反應的原電池：負極：負極：M-xe=MM-xe=Mx+x+正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬正極：析氫或吸氧或析出不活潑金屬2 2、兩個電極均參與反應的原電池、兩個電極均參與反應的原電池 （如蓄電池，紐扣電池）（如蓄電池，紐扣電池）電極材料：金屬為負極，金屬化合物為正極電極材料：金屬為負極，金屬化合物為正極37電子得失均由兩電極本身發生電子得失均由兩電極本身發生電極反應需考慮電解質溶液的參與電極反應需考慮電解質溶

24、液的參與 3 3、電極材料本身均不參與反應的電池（燃料電池）、電極材料本身均不參與反應的電池（燃料電池）兩電極材料均為惰性電極兩電極材料均為惰性電極負極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得負極可燃性氣體失電子，正極助燃性氣體得 電子電子電極反應考慮電解質溶液電極反應考慮電解質溶液38將鉑絲插入將鉑絲插入KOH溶液作電極，然后向兩個電溶液作電極，然后向兩個電極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，極上分別通入甲烷和氧氣，可以形成原電池，由于發生的反應類似于甲烷的燃燒，所以稱由于發生的反應類似于甲烷的燃燒，所以稱作燃料電池，根據兩極上反應的實質判斷，作燃料電池，根據兩極上反應的實質判斷，通入甲烷的一

25、極為通入甲烷的一極為_，這一極的電極反應，這一極的電極反應為為_；通入氧氣的一極；通入氧氣的一極為為_，電極反應為，電極反應為_，總，總反應為反應為_。負極負極CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正極正極O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若將氫氣換成甲烷，若將氫氣換成甲烷，寫出各電極的電極反應寫出各電極的電極反應391 1、在含有、在含有H H2 2S S氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了氣體的空氣中，銀器表面易變黑（生成了AgAg2 2S S），為了除去銀器表面），為了除去銀器表面AgAg2 2S S，可采用如下方法：在一，可采用如下

26、方法：在一個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使個鋁制的容器中放入食鹽溶液，將銀器浸入食鹽溶液，使銀器與鋁接觸良好過一段時間，銀器表面變為銀白色，銀器與鋁接觸良好過一段時間，銀器表面變為銀白色，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，并聞到臭雞蛋的氣味，觀察到有少量白色絮狀沉淀生成，請用電極反應式和離子方程式表示上述過程請用電極反應式和離子方程式表示上述過程鞏 固 練 習Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S 402 2、熔融鹽燃料電池具有較高的發電效率，、熔融鹽燃料電池具有較高的發電效率，因

27、而受到重視，可用因而受到重視，可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔的熔融鹽混合物作電解質，融鹽混合物作電解質，COCO為陽極燃氣，空為陽極燃氣，空氣與氣與COCO2 2的混合氣為陰極燃氣，制得在的混合氣為陰極燃氣，制得在6565下工作的燃料電池，完成有關的電池下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式：反應式：負極反應式：負極反應式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO=4CO2 2+4e+4e正極反應式：正極反應式：總反應式：總反應式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2413.3.鋰電池是一代新型高能電池，它以質量輕、能鋰電池

28、是一代新型高能電池，它以質量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應為電池，某種鋰電池的總反應為Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列說法正確的是（下列說法正確的是（ ）A A、 LiLi是正極，電極反應為是正極，電極反應為Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是負極，電極反應為是負極，電極反應為Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 LiLi是負極，電極反應為是負極，電極反應為MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= Mn

29、O2 2 D D、 LiLi是負極，電極反應為是負極，電極反應為Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+B424 4、19911991年我國首創以鋁、空氣、海水電池為能源的新型年我國首創以鋁、空氣、海水電池為能源的新型海水標志燈已經研制成功。該燈以海水為電解質溶液，靠海水標志燈已經研制成功。該燈以海水為電解質溶液，靠空氣中氧使鋁不斷氧化產生電流。只要把燈放入海水中數空氣中氧使鋁不斷氧化產生電流。只要把燈放入海水中數分鐘就發出耀眼的閃光，其能量比干電池高分鐘就發出耀眼的閃光，其能量比干電池高2020到到5050倍。運倍。運用所學的化學知識，推測該新型電池兩極上可能發生的電用所學的化學

30、知識，推測該新型電池兩極上可能發生的電極反應。極反應。負極負極 正極正極4Al-12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH-不活潑金屬或碳不活潑金屬或碳Cu5 5已知：已知：Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+CuCl+CuCl2 2利用這一反應，試利用這一反應，試設計一個原電池，畫出示意圖，標明電極材料名稱，電解設計一個原電池，畫出示意圖，標明電極材料名稱，電解質溶液，然后填空：質溶液，然后填空：正極正極 ，電極反應，電極反應 負極負極 ，電極反應，電極反應 2Fe3+2e=2Fe2+Cu-2e=Cu2+436 6、已知：鉛蓄電池充電完畢后，電池中硫酸的密度為、已知：鉛蓄電池充電完畢后，電池中硫酸的密度為 1 1，放電，放電完畢后，溶液的密度變為完畢后，溶液的密度變為 2