高中化学选修四-化学电源讲解

三、燃料电池
(1)氢氧燃料电池 酸性电解质：
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。
负极： 2H2-4e-==4H+ 正极： O2+4H++4e-==2H2O 总反应： 2H2+O2==2H2O
碱性电解质的氢氧燃料
电池：航天技术上使用的
一种电池，它具有高能、轻
便、不污染环境等优点。用
失电子，发生氧化反应的为负极：H2变为H2O,由总反应 可知，有4个氢原子从0价变为+1价，故负极失去4个电子。 负极： 2H2 - 4e- == 4H+
（2）根据电解质溶液的酸碱性，用H+、OH-或其他离子 配平，使两边电荷总数相等。
负极：
2H2- 4e- + 4OH- == 4H2O
（注意：电子带负电荷，在碱性溶液中，电极反应式不出现H+） 同样的道理，正极O2得到相同的电子数量4个，转化为OH-
负极: 2H2-4e-==4H+
酸性
正极: O2+4H++4e-==2H2O
1.熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重 视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解 质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气体为正极助 燃气，制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的 电池反应式: 负极反应式：2CO+2CO32--4e-== 4CO2 - =2CO 2+2CO +4e 正极反应式：O _________________ 2 2 3 ， 2CO+O2 = 2CO2 。 电池总反应式：_______________
正极: O2+2H2O+4e-==4OH总反应: 2H2+O2==2H2O
(2)以甲烷作燃料的燃料电池
电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。 电极反应：负极：CH4 + 10OH- －8e- = CO32- + 7H2O 正极： O2 + 2H2O + 4e- = 4OH总反应式： CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O
解析: KOH电解液,总反应－负极反应,得正极反应： 2MnO2(s)+H2O(l)+2e- = Mn2O3(s)+2OH-(aq).电子由Zn 负极通过外电路到正极.1molZn失2mol电子,外电路中每通 过O.2mol电子,Zn的质量理论上减小6.5g.故答案为C项。
减少污染
节约资源
Pt做电极，KOH溶液做电解 液，因其反应与氢氧燃烧相 似，故称为氢氧燃烧电池。
请写出电极反应及电池反应式；若将氢气换成甲烷、 甲醇，写出电极反应及电池反应式。
氢氧燃料电池 (1)电极:Pt制作的惰性电极 (2)电解质溶液:KOH溶液
反应原理:
碱性电解质
负极: 2H2-4e-+4OH-==4H2O
3.配个数，巧用水。当反应中生成物与反应物H
和O元素的个数无法配平时，可以尝试添加H2O到反 应中进行配平。
4.两式加，验总式。
电极反应式的书写：
2.根据装置书写电极反应式，首先判断该电池所依据 的化学反应，从而确定2个半反应（即电极反应） 如：氢氧燃料电池，电解质溶液为酸性溶液 总反应：2H2+O2==2H2O 装置原理分析：负极室通入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，透过薄膜，进入正 极室；在正极室通入O2，经过 Pt电极的催化，O2、H+在正极 上放电生成H2O.
二、二次电池------蓄电池
（1）铅蓄电池
正极材料上涂有棕褐
色的PbO2，负极材料是 海绵状的金属铅，两极浸 在H2SO4溶液中。 写出电极反应式；分 析电子转移情况及电解质 溶液浓度的变化情况。
铅蓄电池: 电极：Pb为负极, PbO2为正极. 电解液: 30%的H2SO4溶液 电极反应式: 放电时：为原电池 负极(Pb) ： Pb＋SO42-－2e-＝PbSO4 正极(PbO2) PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e-＝PbSO4＋2H2O 总电池反应: PbO2＋Pb＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O 充电时：为电解池 阴极(Pb)： PbSO4 ＋2e- ＝ Pb＋SO42阳极(PbO2) PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H＋＋SO42－ 总电解反应: 通电 2PbSO ＋2H O ＝ PbO ＋Pb＋2H SO
第四章
电化学
普通锌锰电池
碱性电池
纽扣电池
镍氢电池 镍 镉 电 池
索尼数码相 机锂电池
小型高性能燃料电池
化学电源的分类：
• 一次电池：电池中的反应物质在进行一次电化学 反应（放电）之后就不能再次使用了，即无法充 电再使用（只能废弃而不能再生）。这样的电池，
叫做一次电池。废弃的一次电池必须妥善处理，
(3) 以甲醇作燃料的燃料电池
电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。 电极反应：负极：2CH3OH + 16OH-
- 12e- =2CO32- +12H2O
正极： 3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH总反应式： 2CH3OH + 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6H2O
一、一次电池
1、干电池(普通锌-锰电池）
干电池用锌制桶形外壳作
负极，位于中央的顶盖有铜 帽的石墨作正极，在石墨周 围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉 作电解质溶液，还填充MnO2 的黑色粉末吸收正极放出的 H2，防止产生极化现象。
电池的总反应： Zn+ 2MnO2+2NH4Cl=Zn(NH3)2Cl2+ 2MnO(OH)
例子
的电解质溶液制 成胶体，不流动， 故称干电池． 如：普通锌锰电 池、碱性锌锰电 池、锌银纽扣电 池
小型高性能 燃料电池
２、化学电池优点：P74
（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。 （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。 （３）易维护，可在各种环境下工作。
３、判断电池优劣的标准
否则会造成矿产资源的极大浪费和环境污染。 • 二次电池：可以多次反复使用，放电后可以充电 复原再重新放电的电池，也称蓄电池、可充电电 池。 • 三、连续电池：又称燃料电池。
一、化学电池
１、化学电池分类
化学电池
一次电池
电池中的反应物 质进行一次氧化 还原反应并放电 之后，就不能再 次利用．
干电池： 电池中
［思考］该电池的正负极材料和电解质．
负极：——Zn Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极： ——MnO2 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH电解质： KOH
银锌电池
Zn为负极,Ag2O为正极 电解液: KOH溶液 电极反应式: 负极:Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2 正极:Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－ 总反应式: Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 电池特点:比能量高、电压高、储存时间长、工作 温度宽等优点.
（１）比能量 ［符号(A· h/kg)，(A· h/L)］ 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 [符号是W/kg，W/L)] 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 （3）电池的储存时间的长短 除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、 功率大、储存律 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。
燃料电池与前几种电池的差别： 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%)，普通的只有30%， 有利于节约能源。
电极反应式的书写：
1.给出总反应式，写电极方程式。以反应 2H2+O2==2H2O ，电 解质溶液为KOH 为例。 （1）根据总反应方程式，列出总式两边各元素化合价变化和电 子转移情况。 H:从H2的0价变为H2O的+1价 O:从O2的0价变为H2O的-2价 失电子 得电子 氧化反应 还原反应
Li电池:负极:Li,正极可以是:CuO、FeS2 、MnO2 、 C等;无机溶剂亚硫酰氯SOCl2在炭极上发生还 原反应.电解液是由四氯铝化锂LiAlCl4溶解于 亚硫酰氯中组成.它的总反应是锂与亚硫酰氯发 生反应,生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。 (-) 8Li－8e-=8Li+ ; (+) 3SOCl2+8e- = 6Cl- +2S+SO32总反应：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S
干电池
电极:Zn为负极,碳棒为正极
电解液：NH4Cl、ZnCl2和 淀粉糊
另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。
电极方程式：
负极(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋ = Mn2O3 + 2NH3 +H2O
正极：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-
碱性锌-锰干电池
电池反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
正极: O2 + 2H2O + 4e- == 4OH（注意：当反应中生成物与反应物H和O元素的个数 无法配平时，可以尝试添加H2O到反应中进行配平。）
总结：各类电极反应式的一般书写步骤：
1.列出物质，标出各元素价态变化，判断电 子得失，断定正负极。 2.选离子，配电荷。根据电解质溶液的酸碱性，
用H+、OH-或其他离子配平，使两边电荷总数相等。
解析：作为燃料电池,总的效果就是把燃料进行燃 烧.本题中CO为还原剂,空气中O2为氧化剂,电池总 反应式为：2CO+O2==2CO2。用总反应式减去电 池负极反应式,就可得到电池正极反应式： O2+2CO2+4e- =2CO32-