化学电源 课件

(2)电池放电过程中有水产生，锌筒变薄造成干电池变 软
(3)正极反应的中间产物NH3、H2附着于石墨，增加电 池内阻
(4)1.626 2.025 (5)废电池中的物质有的会导致地下水和土壤污染，威 胁人类的健康。另一方面，废电池中的有色金属是宝贵的自 然资源。将废旧电池回收再利用，不仅可以减少对生活环境 的破坏，而且也是对资源的节约。
●案例精析
【例1】 锌锰干电池(如右图)是普遍使用的化 学电池，其中含有MnO2、NH4Cl、ZnCl2等糊状物。 以锌筒为负极材料，石墨为正极材料。一节干电池，
电动势E＝1.5 V，内电阻r＝0.25 Ω，对外供电时效 率η＝75%。该干电池的工作原理是：Zn＋2MnO2 ＋2NH4+ ＝Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O
池？
[解析] (1)写出负极反应，用总反应式减去负极反应即 得正极反应式。(2)锌筒为负极材料，放电过程中参与反应会 不断减少，同时生成的水不断增多，造成干电池变软。(3)正 极反应中，如果没有MnO2，只有反应2NH ＋2e－＝2NH3＋ H2，能导电的是离子和自由电子，气体分子是不能导电的， 正极反应的中间产物NH3、H2附着于石墨棒上，增加了电阻。 (4)由R·I2/[I2(R＋r)]＝75%、r＝0.25 Ω 得R＝0.75 Ω，则I＝ E/(R＋r)＝1.5V/(0.75＋0.25) Ω＝1.5A
普通锌锰干电池的电极反应
负极(锌铜)：Zn－2e－＝Zn2＋(氧化反应) 正极(石墨)： 2NH ＋2e－＝2NH3↑＋H2↑(还原反应) 总反应式：
Zn＋2MnO2＋2NH4Cl＝2MnO(OH)＋Zn(NH3)2Cl2 碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是 KOH，其电极反应为：
负极：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2(氧化反应) 正极(石墨)： 2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnO(OH)＋2OH－(还原反应) 总反应式：
Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnO(OH)＋Zn(OH)2 特点：比普通锌锰电池性能好，能量和储存时间均有
提高，可适用于大电流和连续放电。
2．纽扣式电池(银锌电池) 常见的纽扣式电池为银锌电池。它用不锈钢制成一个 由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极壳一端填充由 Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌 汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH，溶液两边 用羧甲基纤维素作隔膜，锌银电池的负极是 Zn，正极是 Ag2O，电解质是KOH，其电极反应为：
三、二次电池 铅蓄电池 组成：铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极 板上覆盖有________，负极板上覆盖有________，电解质溶 液是________溶液。
电池总反应：PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l) 铅 蓄 电 池 的 缺 点 是 ________ 低 、 笨 重 、 废 弃 电 池
(1)试写出干电池放电时的正、负电极反应式： 正极：_______________________________ 负极：___________________________ (2)干电池用久了就会变软，其原因是____。
(3)正极反应中，前后经历下列反应： 2NH ＋2e－＝2NH3＋H2；2MnO2＋H2＝Mn2O3＋H2O， 如果没有MnO2参与，干电池将难于持续稳定工作，试说明 理由：______________________________________。 (4) 在 供 电 时 间 为 20 min 时 ， 反 应 的 MnO2 的 质 量 为 ________g，外电阻消耗的电能是________kJ。 (5)许多国家都规定要对废旧的锌锰干电池进行回收， 从保护环境和节约材料的方面解释为什么要回收这种废旧电
2. 氢氧燃烧电池工作原理 (1)氢氧燃料电池以________为燃料，________为氧化 剂 ， ________ 作 电 极 ， 使 用 酸 性 电 解 质 。 如 图 所 示 ， 在 ________极室通入H2，它在Pt电极上被催化分解为H原子， 再失去电子成为H＋进入电解质溶液，透过________，进入 正极室；在正极室通入________，经过Pt电极的________， O2、H＋在正极上放电生成________。电极反应分别为： 负极：________，正极：________。
[点评] 理解电池放电时的工作原理，掌握电极反应式 的书写方法；其有关计算的关键是电子转移守恒，并注意化 学、物理的综合运用。
1.可充电池 充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还 原反应，在充电时又逆向进行，使生成物恢复原状，如此充 放电可循环进行，至一定周期后终止。
2．铅蓄电池：如图所示：
负极：Zn＋2OH－－2e－＝ZnO＋H2O 正极：Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－ 总反应方程式：Zn＋Ag2O＝2Ag＋ZnO 在使用过程中，电池负极区溶液pH减小。 特点：此种电池能量大，电压稳定，储存时间长，适
宜小电流连续放电。
一粒纽扣式电池的电压达1.59伏，安装在电子表里可使 用两年之久。
3．锂电池 锂电池用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由 四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。 锂电池的主要反应为： 负极：8Li－8e－＝8Li＋ 正极：3SOCl2＋8e－＝SO － ＋2S＋6Cl－ 总反应式为：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S 特点：锂电池是一种高能电池，具有质量轻、电压稳 定、工作效率高和贮存寿命长的优点。 常用于心脏起搏器和火箭的一种微型电池。
化学电源
一、化学电源 1．化学电源的分类 化学电池是将________变成________的装置，它包括 ________、________和________电池等几大类。一次电池的 活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度，就不 能使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫 做________。二次电池又称________或________，放电后可 以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以________使用。
2．判断一种电池的优劣 判断一种电池的优劣或是否适合某种需要，主要看这 种 电 池 ________ 或 ________ 所 能 输 出 电 能 的 多 少 ， 即 ________，或者输出功率的大小，即________，以及电池的 ________。
二、一次电池 碱性锌锰电池 组成：该电池由负极________、正极________、电解 质________等组成。 其电极反应为： 负极：____________________________________ 正极：____________________________________ 电池总反应：________。 特点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的 ________和________均有所提高，适用于______和______。
3．镍－镉碱性蓄电池 负极(Cd)：Cd－2e－＋2OH－＝Cd(OH)2(氧化反应) 正极(NiO2)：NiO2＋2H2O＋2e－＝Ni(OH)2＋2OH－(还 原反应)
总反应式：Cd＋NiO2＋2H2O＝Cd(OH)2＋Ni(OH)2
4．新一代绿色电池——锂离子电池 特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。 用途：电脑、手表、心脏起搏器等。 说明：电池中含有汞、镉、铬、铅等大量毒性很强的 重金属，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染，并通 过食物链给人类的身体健康造成威胁和危害，另一方面，电 池中的有色金属是宝贵的自然资源，如果能回收再利用，不 仅可以减少对我们生存环境的反应
负极：Pb＋SO －2e－＝PbSO4(氧化反应) 正极：PbO2＋4H＋＋SO ＋2e－＝PbSO4＋2H2O(还原 反应)
总反应式：Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O (2)铅蓄电池充电原理的电极反应
阳极：PbSO4＋2H2O－2e－＝PbO2＋4H＋＋SO 阴极：PbSO4＋2e－＝Pb＋SO 总反应式：2PbSO4＋2H2O＝Pb＋PbO2＋2H2SO4
2．(1)氢气 氧气 铂 负 隔膜 O2 催化 H2O 2H2－4e－＝4H＋ O2＋4H＋＋4e－＝2H2O (2)2H2－4e－＋4OH－＝4H2O O2＋4e－＋2H2O＝4OH
－
(3)2H2－4e－＝4H＋ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
1.定义：化学电源是能够实际应用的原电池。 2．化学电池的分类 (1)一次电池又称不可充电电池——干电池。 (2)二次电池又称充电电池——蓄电池。 (3)燃料电池
消耗的电量Q＝It＝1.5 A×20×60 s＝1800 C 转移的电子：1800 C/(1.6×10－19×6.02×1023 mol－1)＝ 1.869×10－2 mol 反应的m(MnO2)＝1.869×10－2 mol－1×87(g·mol－1)＝ 1.626 g 外电阻消耗的电能：W＝I2Rt＝(1.5A)2×0.75 Ω×20×60 s＝2025 J [答案] (1)2NH ＋2MnO2＋2e－＝2NH3＋Mn2O3＋ H2O Zn－2e－＝Zn2＋
3．电池优劣的判断标准 (1)比能量：指电池单位质量或单位体积所能输出电能 的多少[符号是(W·h)/kg，(W·h)/L]。 (2)比功率：指电池单位质量或单位体积所能输出功率 的大小(符号是W/kg，W/L)。 (3)电池储存时间的长短。
1.碱性锌锰电池 常见的化学电池是锌锰电池，构造如下图所示。
________。
四、燃料电池 1．燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的________ 能直接转换成________的化学电池。它与一般化学电池不同， 一般化学电池的活性物质储存在电池________，故而限制了 电池的容量，而燃料电池的电极本身不包含________物质， 只是一个________元件。它工作时，________和________连 续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地 被排出，于是电池就连续不断地提供电能。
(2)若以NaOH溶液为电解质溶液 负极：________，正极：________。 (3)若以Na2SO4溶液为电解质溶液 负极：________，正极：________。 答案： 一、1.化学能；电能；一次电池；二次电池；燃料；干 电池；充电电池；蓄电池；多次重复 2．单位质量 单位体积 比能量 比功率 可储存时 间的长短
二、锌粉 二氧化锰 KOH
Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2 2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－ Zn＋2H2O＋2MnO2＝Zn(OH)2＋2MnOOH 比能量 可储存时间 大电流 连续放电
三、PbO2 Pb H2SO4 比能量 污染环境
四、1.化学 电能 内部 活性 催化转化 燃料 氧 化剂