1、1第二节 化学电源学习目标1.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。2.常识性介绍日常生活中常用的化学电源,并能从电极反应的角度认识常见电源的化学原理。复习回顾请回顾原电池的相关知识并完成下表:一个概念负极两个电极正极电子电流三个流向离子四个条件课堂探究【学与问】在日常生活和学习中,你用过哪些电池,你知道电池的其他应用吗?一、化学电池简介1.化学电池与其他能源相比有哪些优点?2.判断电池的优劣标准主要是什么?23.目前化学电池主要分为哪几大类?请各举一例。二、一次电池1.碱性锌锰干电池(1)优点: 。 (2)电池反应:电池总反应:Zn+2MnO 2+2H2O 2MnOOH
2、+Zn(OH)2负极反应: 。 正极反应: 。 电解质: 。 2.纽扣电池(银锌电池)(1)优点: 。 (2)用途:应用于电子手表、计算器。(3)电池反应:电池总反应:Zn+Ag 2O+H2O Zn(OH)2+2Ag负极反应: 。 正极反应: 。 3.锂电池(1)优点: 。 (2)用途: 。 (3)以锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl 2)为例,书写电池反应:电池总反应:8Li+3SOCl 2 6LiCl+Li2SO3+2S负极反应: 。 正极反应: 。 【方法归纳】总结归纳电池电极反应方程式的书写方法:(1) ; (2) ; (3) 。 3三、二次电池1.铅蓄电池(1)正、负极材料正极:PbO
3、2负极:Pb电解质:H 2SO4溶液(2)工作原理铅蓄电池为典型的可充电电池,其工作原理分为放电和充电两个过程。(3)电池反应放电过程放电过程总反应:Pb(s)+PbO 2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)负极反应: 。 正极反应: 。 充电过程充电过程总反应:2PbSO 4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)阴极反应: 。 阳极反应: 。 (4)优、缺点简析缺点: 。 优点: 。 2.其他二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池等。四、燃料电池1.燃料电池简介(1)燃料作 ,助燃剂氧气作 。 (2)电极材料一
4、般 ,只起 的作用。 (3)优点: 。 (4)用途: 。 2.燃料电池与前几种电池的差别有哪些?43.氢氧燃料电池(1)总反应式: (2)不同介质中的电极反应:酸性介质负极反应: 。 正极反应: 。 碱性介质负极反应: 。 正极反应: 。 中性介质负极反应: 。 正极反应: 。 【练习 1】将铂丝插入 KOH 溶液作电极,然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气,使之构成原电池,由于发生的反应类似于甲烷的燃烧,所以称作甲烷燃料电池,根据两极上反应的实质判断,通入甲烷的一极为 ,这一极的电极反应为 ;通入氧气的一极为 ,电极反应为 ,总反应为 。 【练习 2】熔融盐燃料电池因具有高的发电效率而受到重视
5、,可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐混合物用作电解质,CO 为燃气,空气与 CO2的混合气为助燃气,制得在 6500下工作的燃料电池,完成该电池有关的电池反应式:负极反应式为 ,正极反应式为 O2+2CO2+4e 2C ,总电池反应式为 。 O2-3随堂检测1.下列说法正确的是( )A.碱性锌锰电池是二次电池B.铅蓄电池是一次电池C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生5D.燃料电池的活性物质大量储存在电池内部2.下列有关电池的说法不正确的是( )A.手机上用的锂离子电池属于二次电池B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极C.甲醇燃料电池可把化学能转化为
6、电能D.锌锰干电池中,锌电极是负极3.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅锑合金棚架上均匀涂上膏状的 PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是 2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4。下列关于铅蓄电池的说法错误的是 ( )A.需要定期补充硫酸B.工作时铅是负极,PbO 2是正极C.工作时负极上发生的反应是 Pb+S -2e- PbSO4O2-4D.工作时电解质的密度减小4.氢氧燃料电池已用于航天飞机,它是以铂作电极,KOH 溶液作电解质溶液,正极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,负极反应为 2H2+4OH-4e- 4H2O,下列叙述不正确的是( )A.H2在负极发生
7、氧化反应 B.燃料电池的能量转化率可达 100%C.是一种高效、环保的发电装置 D.供电时的总反应为 2H2+O2 2H2O5.市场上经常见到的标记为 Li-ion 的电池称为“锂离子电池” 。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导 Li+的高分子材料。这种锂离子电池的总反应方程式为 Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2,下列说法不正确的是( )A.放电时,负极的电极反应式:Li-e - Li+B.充电时,Li 0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C.该电池不能用水作为电解质溶液的溶剂D.放电过程中 Li+向负极移动6.甲醇燃料电池
8、(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通信设备等,其一极通入甲醇,另一极通入氧气,并利用质子交换膜传导氢离子(H +)。电池工作时,甲醇被氧化为二氧化碳和水,氧气在电极上的反应是 O2+4H+4e- 2H2O。下列叙述中不正确的是( )A.负极的电极反应式为 CH3OH+H2O-6e- CO2+6H +B.电池的总反应式是 2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O6C.电池工作时,H +由正极移向负极D.电池工作时,电子从通入甲醇的一极流出,经外电路再从通入氧气的一极流入7.Li-Al/FeS 电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为2Li+FeS+2e- Li2S+Fe。有
9、关该电池的下列说法中,正确的是( )A.Li-Al 在电池中作为负极材料,该材料中 Li 的化合价为+1 价B.该电池的总反应式为 2Li+FeS Li2S+FeC.负极的电极反应式为 Al-3e- Al3+D.充电时,阴极发生的电极反应式为 Li2S+Fe-2e- 2Li+FeS8.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池,它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气,另一极通入丙烷气体,电解质是固态氧化物,在熔融状态下能传导 O2-。下列关于该燃料电池的说法不正确的是( )A.在熔融电解质中,O 2-由负极移向正极B.该电池的总反应是 C3H8+5O2 3CO2+4H2OC.电路中每通过 5m
10、ol 电子,约有 5.6L 标准状况下的丙烷被完全氧化D.通入丙烷的电极为电池负极,发生的电极反应为 C3H8-20e-+10O2- 3CO2+4H2O9.美国海军海底战事中心与麻省理工学院共同研制成功了用于潜航器的镁-过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示,以下说法中错误的是 ( )A.电池的负极反应为 Mg-2e- Mg2+B.电池工作时,H +向负极移动C.电池工作一段时间后,溶液的 pH 增大D.电池总反应式是 Mg+H2O2+2H+ Mg2+2H2O10.如图是一种航天器能量储存系统原理示意图,下列说法正确的是( )7A.该系统中只存在 3 种形式的能量转化B.装置 Y 中负极的电
11、极反应式为 O2+2H2O+4e- 4OH-C.装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D.装置 X、Y 形成的子系统能实现物质的零排放,并能实现化学能与电能间的完全转化参考答案复习回顾一个概念 将化学能转化为电能的装置负极 较活泼金属失电子发生氧化反应两个电极正极不活泼金属或非金属导体得电子发生还原反应电子 负极外电路正极电流 正极外电路负极三个流向离子 阳离子正极,阴离子负极四个条件活动性不同的两个电极电解质溶液闭合电路自发进行的氧化还原反应课堂探究【学与问】电池广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品等领域。在高科技、军事、生产行业也有特殊应用。一、1.(1)能量转换效率高,供能
12、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。8(3)易维护,可在各种环境下工作。2.(1)比能量单位是(Wh)kg -1,(Wh)L-1,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(单位是 Wkg-1,WL-1),指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。(3)电池的可储存时间的长短。3.(1)一次电池又称不可充电电池,如干电池。(2)二次电池又称充电电池,如蓄电池。(3)燃料电池,如氢氧燃料电池。二、1.(1)大电流、稳定,比能量大、可储存时间长,不会胀气或漏液。(2)Zn+2OH-2e- Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e- 2Mn
13、OOH+2OH-KOH2.(1)电压稳定、存储时间长、低污染。(3)Zn+2OH-Ze- Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-3.(1)质轻、高能(比能量高)、电压高、工作温度宽、储存时间长。(2)广泛应用于军事和空间领域。(3)8Li-8e- 8Li+3SOCl2+8e- 6Cl-+S +2SO2-3【方法归纳】(1)明确正、负极(2)根据电极反应类型确定在电极上发生反应的物质(3)结合电解液的成分利用“三个守恒”(电子守恒、电荷守恒、原子守恒)写出(凑出)电极反应方程式三、1.(3)Pb(s)+S (aq)-2e- PbSO4(s)O2-4PbO2(s)+4H+S (a
14、q)+2e- PbSO4(s)+2H2O(l)O2-49PbSO 4(s)+2e- Pb(s)+S (aq)O2-4PbSO4(s)+2H2O(l)-2e- PbO2(s)+4H+S (aq)O2-4(4)比能量低、笨重、废弃电池污染环境可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉四、1.(1)负极 正极(2)不参加化学反应 传导电子(3)能量转化率高,可持续使用,对环境友好(4)广泛应用于宇宙飞船、电动汽车、航天飞机等,应用前景广阔2.(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;(3)能量转化率高(超过 80%),有利于节约能源。3.(1)O2+2H2 2H2O(2)2H 2-4e- 4H+O2+4H+4e- 2H2O2H 2+4OH-4e- 4H2OO2+2H2O+4e- 4OH-2H 2-4e- 4H+O2+2H2O+4e- 4OH-【练习 1】负极 CH 4+10OH-8e- C +7H2O 正极 O 2+2H2O+4e- 4OH- O2-3CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O【练习 2】2CO+2C -4e- 4CO2 2CO+O 2 2CO2O2-3随堂检测1.C 2.B 3.A 4.B 5.D 6.C 7.B 8.A 9.B 10.C10
