第二節(jié)化學(xué)電源第四章化學(xué)反應(yīng)與電能1．知道化學(xué)電源的分類方法，熟悉幾種常見化學(xué)電源的組成和工作原理。2．了解化學(xué)電源廣泛的應(yīng)用及廢舊電池對(duì)環(huán)境的危害，設(shè)想其處理方法，學(xué)習(xí)目標(biāo)1min自學(xué)指導(dǎo)

6min閱讀課本第96-99頁(yè)，完成大本第78-79頁(yè)D自學(xué)檢測(cè) P78練一練3min比能量和可儲(chǔ)存時(shí)間均有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電。不一定，如氫氧燃料電池的正、負(fù)極均為Pt教師點(diǎn)撥

20min一、化學(xué)電池1.概念:將化學(xué)能變成電能的裝置2.優(yōu)點(diǎn):①能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠②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③易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。3.電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):①比能量［單位：(w·h/kg)，(w·h/L)］指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[單位：（W/kg，W/L)]指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小.③電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。4.分類:放電后不可再充電的電池，也叫干電池。放電后可以再充電而反復(fù)使用的電池，又稱可充電電池或蓄電池。連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。干電池汽車用鉛蓄電池鋰離子電池充電電池燃料電池二、一次電池放電之后不可再充電的電池。一次電池中的電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫干電池。鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和H2O等(1)構(gòu)造:1.普通鋅錳干電池（酸性）鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和H2O等(2)組成:正極:負(fù)極:

電解質(zhì):石墨ZnNH4Cl糊(3)工作原理:負(fù)極反應(yīng):正極反應(yīng):Zn－2e-＝Zn2＋2MnO2

+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O總反應(yīng):Zn+2MnO2+2NH4Cl=Mn2O3+ZnCl2+

2NH3+H2O一次電池：只能使用一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使用.優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。

缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。2.堿性鋅錳干電池(1)構(gòu)造:(2)組成:正極:負(fù)極:電解質(zhì):MnO2ZnKOH(3)工作原理:負(fù)極反應(yīng):正極反應(yīng):Zn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電缺點(diǎn)：只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴氫氧化氧錳3.銀鋅電池(1)構(gòu)造:(2)組成:負(fù)極：Zn，正極：Ag2O，電解質(zhì)：KOH這種電池能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，適宜小電流連續(xù)放電，常制成紐扣式電池，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。(3)工作原理:負(fù)極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－=

Zn(OH)2正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag(1)構(gòu)造：負(fù)極：Li，正極：MnO2、CuO或FeS2等。電解質(zhì)溶液可由四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl4)中組成。電池的總反應(yīng)可表示為8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。(1)負(fù)極材料為____，電極反應(yīng)為_________________。(2)正極的電極反應(yīng)為_______________________________。Li8Li－8e－=8Li＋3SOCl2＋8e－=2S＋SO32－＋6Cl－

必須在無水、無氧的條件下組裝鋰金屬電池，因?yàn)闃?gòu)成電池的兩個(gè)主要成分Li能和氧氣、水反應(yīng)，且SOCl2也與水反應(yīng)。4.鋰亞硫酰氯(Li/SOCl2)電池—可用于心臟起搏器CKOH作電解質(zhì)溶液，不參與反應(yīng)，但能提高溶液的導(dǎo)電性1.鉛蓄電池工作機(jī)制化學(xué)能電能放電充電充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系：三、二次電池(充電電池或蓄電池):放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生；鉛蓄電池、鋰離子電池……其電池反應(yīng)可以正向和逆向進(jìn)行，放電時(shí)為自發(fā)電池，充電時(shí)為電解池，充電后電池容量得到恢復(fù)，充放電次數(shù)可達(dá)千百次。

組成:正極:PbO2

負(fù)極:Pb

電解質(zhì):H2SO4溶液不是可逆反應(yīng)

①放電過程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Pb+SO42－－2e－=PbSO4②充電過程

陰極：

陽(yáng)極：

總反應(yīng)：PbSO4+2e－=Pb+SO42－

PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－

=PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2OPbSO4＋2H2O－2e－

=PbO2＋4H＋＋SO42－2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉缺點(diǎn)：笨重，比能量低、廢棄電池污染環(huán)境1.鉛蓄電池工作原理Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)2.堿性鎳鎘電池組成:正極：NiOOH負(fù)極：Cd電解質(zhì)：KOH

①放電過程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Cd+2OH－-2e－=Cd(OH)2②充電過程

陰極：

陽(yáng)極：

總反應(yīng)：Cd(OH)2+2e－=Cd+2OH－

2NiOOH+2e－+2H2O=2Ni(OH)2+2OH－2NiOOH+Cd+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)22Ni(OH)2+2OH－-2e－=2NiOOH+2H2O

2Ni(OH)2+Cd(OH)2=2NiOOH+Cd+2H2O優(yōu)點(diǎn)：體積小便于攜帶，可重復(fù)使用500次以上，壽命比鉛蓄電池長(zhǎng)。廣泛用于收錄機(jī)、無線對(duì)講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)剃須刀等。缺點(diǎn)：鎘有致癌作用，廢棄的鎳鎘電池如不回收，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，有被鎳氫電池取代的趨勢(shì)。2.堿性鎳鎘電池工作原理2NiOOH+Cd+2H2O

2Ni(OH)2+Cd(OH)23.鎳氫電池組成：鎳氫電池正極活性物質(zhì)為Ni(OH)2(稱NiO電極)，負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氫化物，也稱儲(chǔ)氫合金(稱儲(chǔ)氫電極)，電解液為KOH溶液。圓柱可充鎳氫電池

方形可充鎳氫電池

①放電過程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：H2

-2e-+2OH-=2H2O②充電過程

陰極：

陽(yáng)極：

總反應(yīng)：2H2O+2e-=H2+2OH-

2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-H2+2NiOOH=2Ni(OH)2

2Ni(OH)2-2e-

+2OH-=2NiOOH+2H2O

2Ni(OH)2=H2+2NiOOH優(yōu)點(diǎn)：能量密度高；無鎘污染，是一種綠色電池；可大電流快速充放電；電池工作電壓為1.2V；在小型便攜電子器件、電動(dòng)工具、電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車上逐步得到應(yīng)用。3.鎳氫電池工作原理H2+2NiOOH2Ni(OH)2

4.鋰離子電池--新一代可充電的綠色電池銅集流板鋁集流板鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液LixC6Li1-xCoO2石墨鈷酸鋰鋰離子電池結(jié)構(gòu)組成：負(fù)極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6

)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)

電解液：鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液

①放電過程負(fù)極：正極：總反應(yīng)：LixC6

－xe－＝6C+xLi+②充電過程

陰極：

陽(yáng)極：

總反應(yīng)：6C+xe－+xLi+＝LixC6

Li1-xCoO2+xe－+xLi?＝LiCoO2LixC6+Li1-xCoO2=LiCoO2＋6CLiCoO2－xe－＝Li1-xCoO2+xLi+

LiCoO2＋6C=LixC6+Li1-xCoO2

4.鋰離子電池工作原理LixC6+Li1-xCoO2LiCoO2＋6C

鋰離子電池的優(yōu)越性能:

相對(duì)于傳統(tǒng)的鎘鎳電池(Ni/Cd)和氫鎳電池(Ni/MH),鋰離子電池的電壓大約是它們的3倍;重量比能量密度提高了約3倍;對(duì)于同樣的功率消耗，鋰離子電池的使用期限約為鎳鎘電池的2.25～2.57倍.現(xiàn)在鋰離子電池已經(jīng)是電子信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的普通配置.

①工作電壓高、②比能量大、③循環(huán)壽命長(zhǎng)、④自放電率低、⑤無記憶效應(yīng)、⑥污染小。用途：已成為筆記本電腦、移動(dòng)電話、攝像機(jī)等低功耗電器的主流電池。D負(fù)極：Pb－2e－＋SO42－=PbSO4正極：PbO2＋2e－＋4H+＋SO42－=PbSO4

＋2H2O

消耗H+，酸性減弱陽(yáng)極生成

正極失電子

電子流入的四、燃料電池可供選擇的燃料很多，如：氫氣、烴類、肼、甲醇、氨、煤氣等液態(tài)或氣態(tài)的燃料。它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。是一種能量轉(zhuǎn)化率高、可持續(xù)使用、對(duì)環(huán)境友好的化學(xué)電池。燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑。(1)燃料電池的規(guī)律①燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極②電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起導(dǎo)電的作用。③能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源。(2)燃料電池與前幾種電池的差別：①氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；②反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出缺點(diǎn)：體積較大、附屬設(shè)備較多優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換率高、清潔、對(duì)環(huán)境好負(fù)極：2H2+4OH-

-4e-＝4H2O正極：O2+4e-+

2H2O

＝4OH-

總反應(yīng)式:2H2+O2＝2H2O堿性電解質(zhì)溶液

酸性電解質(zhì)溶液負(fù)極：2H2-4e-＝4H+

正極：O2+4e-

+4H+＝2H2O總反應(yīng)式:2H2+O2＝2H2O堿性/中性：O2+4e-+

2H2O

＝4OH-

酸性：O2+4e-+4H+＝2H2OO2作正極寫法：1、氫氧燃料電池：酸性電解質(zhì)溶液

負(fù)極：CH4-8e-+2H2O＝8H++CO2正極：2O2+8e-+8H+＝4H2O總反應(yīng)式:CH4+2O2＝CO2+2H2O堿性電解質(zhì)溶液負(fù)極：CH4-8e-+10OH－＝7H2O+CO32－總反應(yīng)式:

CH4+2O2+2OH-＝CO32－+3H2O

正極：2O2+8e-+

4H2O

＝8OH－注意：燃料電池總反應(yīng)式一般為燃燒方程式(去“點(diǎn)燃”);但當(dāng)生成物有后續(xù)反應(yīng)時(shí)，加和后續(xù)反應(yīng).2、甲烷燃料電池：3.甲醇燃料電池堿性電解質(zhì)溶液負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：2CH3OH

-12e-

+16OH-＝2CO32-

+12H2O3O2+12e-+4H2O

＝8OH-2CH3OH+3O2+4OH-＝2CO32-

+6H2O4.肼燃料電池N?H4-4e-+4OH-=N?↑+4H?O堿性電解質(zhì)溶液負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：O?+4e-+2H?O=4OH-N?H4+O?=N?+2H?O5.鋁-空氣-海水電池4A1-12e-

=

4A13+負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：3O2+12e-+6H2O=12OH-4A1+3O2+6H2O=4A1(OH)31991年，我國(guó)首創(chuàng)，用作海上標(biāo)志燈。以海水為電解液，靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。三、廢舊電池的危害與處理1.危害:廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì)，如隨意丟棄,會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。2.處理方法:回收處理。CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2Oa減小O2＋2CO2＋4e－=2CO32－

2CO＋O2=2CO2總：CH4＋2O2＋2OH－=CO32－＋3H2O-+二次電池的充、放電分析Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2放電時(shí)正極附近生成OH－，堿性增強(qiáng)，pH變大。充電時(shí)陽(yáng)極(即該電池放電時(shí)的正極)接外接電源正極，陰極(即該電池放電時(shí)的負(fù)極)接外接電源負(fù)極。FeO42－＋3e－＋4H2O=Fe(OH)3＋5OH－C放電時(shí)負(fù)極：Cd＋2OH－－2e－=Cd(OH)2放電時(shí)正極：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－=2Ni(OH)2＋2OH－↓

↑←

充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)CBiF3＋3e－=Bi＋3F－正MgF2+2e－=Mg+2F－，0.5mole－~0.5molF－，?m=0.5×19=9.5g陰極

→

陽(yáng)極充電：陽(yáng)極

陰極放電：正極

負(fù)極負(fù)極

→

正極陽(yáng)氧陰還負(fù)氧正還有機(jī)燃料電池電極反應(yīng)式書寫方法電極a