高中化学《化学电源》

其它二次电池
镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂 离子蓄电池……
银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的 充电和放电过程可以表示为：
充电
2Ag+Zn(OH)2 放电 Ag2O+Zn+H2O
此电池放电时，负极上发生反应的物质是（D）
AHale Waihona Puke Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O
正极壳填充Ag2O和石墨， 负极盖填充锌汞合金， 电解质溶液KOH。
醇类燃料电池
用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向 两极分别通入CH3OH(或乙醇)和O2，则发生了原电 池反应。 甲醇电池的反应式为：
负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO32－＋12H2O 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 总 反 应 式 ： 2CH3OH ＋ 3O2 ＋ 4OH － ===2CO32 － ＋
电极材料 ：多孔性镍、铂
燃料电池的规律
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。
2、燃料电池的电极反应的书写
2、固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制 开发的。它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解 质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理 如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判
断正确的是( D )
A．有O2参加反应的a极为电池 的负极
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 ［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和C
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH电解夜： KOH溶液
改进后碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、 时间增大几倍，不会气涨或漏液。
①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 2)分类: ②二次电池又称充电电池——蓄电池
③燃料电池
3)优点:
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。
4)电池优劣的判断标准:
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
电极反应：
D.Zn
负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
镍-镉可充电电池可发充生电如下反应：
Cd(OH)2+2Ni(OH)2 放电 Cd+2NiO(OH)+2H2O
由此可知，该电池的负极材料是 （ A ）
A. Cd B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2 负极材料：Cd；
②丁烷燃料电池 一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电 解质是掺杂了 Y2O3(三氧化二钇)的 ZrO2(二氧化锆)晶 体，它在高温下能传导 O2－。 该电池的电极反应式为：
负极：2C4H10＋26O2－－52e－===8CO2＋10H2O 正极：13O2＋52e－===26O2－ 总反应式：2C4H10＋13O2==8CO2＋10H2O
6H2O
熔融盐燃料电池
熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，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的混合气为正 极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，该 原电池的反应式为：
负极：2CO＋2CO32－－4e－===4CO2 正极：O2＋2CO2＋4e－===2CO32－ 总反应式：2CO＋O2===2CO2
还原反应
+2H2O(l)
放电过程总反应：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
②充电过程 接电源负极
阴极：PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应
阳极：
接电源正极
2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq)
A
e-
e-
H2 Pt Pt O2 (-) (+)
正极:O2 + 4H++4e- = 2H2O 总反应:2H2 + O2 = 2H2O
电解质溶液为碱性:
负极室
负极:2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O
正极:O2
+
2H2O
+
4e-
=
4OH-
电解质 溶液
正极室 隔膜
总反应:2H2 + O2 = 2H2O
氢氧燃料电池工作原理
烃类燃料电池
①CH4燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向 两极分别通入CH4和O2，该电池的反应式为： 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O
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
知识点2：各类电池
锂电池 叠层电池
各 干电池 类 电 池
纽扣电池
(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 液填，充还MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生 极化现象。
①先写总反应：燃料在氧气中的燃烧 若有CO2生成，且电解质为强碱时， 考虑CO2+2OH—=CO32—+H2O
②再写正极 碱性O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 反应： 酸性 O2＋4H+＋4e－＝ 2H2O
③最后写负极反应： 总反应减去正极反应
氢氧燃料电池
电解质溶液为酸性: 负极:2H2 - 4e- = 4H+
B．有H2参加反应的b极为电池 的正极
C．a极对应的电极反应式为：
O2＋2H2O－4e－===4OH－ D．该电池的总反应方程式为：
2H2＋O2===2H2O
3、如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作 用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内 电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法正确的是
(双选)( AC )
A．左电极为电池的负极，
a处通入的物质是甲醇
B．右电极为电池的负极，
b处通入的物质是空气
C．负极反应式：CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ D．正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
4.锂电池
锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 负极： 8Li-8e-=8Li+ ；正极： 3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S 。
用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工 作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。
通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断 它已经不能正常供电了？ __锌_筒__变_软__，_电__池_表__面__变_得__不_平__整_______我们在使用干 电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能 是干电池中的什么成分起了作用？ MnO2
缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液
2.碱性锌-锰干电池 电池反应：
3.银锌电池
总反应式:
Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 电极反应式: 负极: Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2 正极: Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH － 电解液: KOH溶液 这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适 宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电 子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。
正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液
电极反应：
负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
(三)燃料电池
1、燃料电池的构成
常见燃料：
H2、NH3、 燃料
电解质
O2
CO、CH4、 CH3OH等
溶液
电解质溶液 ：
KOH等强碱、 H2SO4等强酸、NaCl等盐溶液
请写出各电极的电极反应。
练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程 式。
Zn-2e-=Zn2+
负极———————————————— 正极—2—NH—4++—2e—-=—2N—H3—+H—2 ，—H—2 +—2M—nO—2=—Mn—2O3+H2O 总反应—Z—n+2—Mn—O2—+ —2N—H4C—l —= —ZnC—l2—+ M—n2—O3+—2NH3+H2O
第四章 电化学基础 第二节 化学电源
［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知 道电池的其它应用吗？
化学电池
将化学能转换成电能的装置
电池
太阳能电池