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4.2化学电源(1课时)


目前化学电池主要分为哪几大类?产生电能的基本 原理是什么?各自有什么特点? (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、一次电池
1.碱性锌锰干电池
电池总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 碱性锌锰电池的优点: 大电流、稳定,比能量大、 可储存时间长,不会气涨 或漏液。

碱性锌锰干电池 电池总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 负极反应: Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极反应: 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH电解质: KOH

2.纽扣电池

银锌电池

总反应: Ag2O + Zn+H2O =Zn(OH)2+ 2Ag 负极反应: Zn+ 2OH- -2e- = Zn(OH)2 正极反应:Ag2O +H2O +2e- =2Ag +2OH优点:比能量大、电压稳定、存 储时间长、低污染。 用途:广泛用于电子手表、计 算器等

三、二次电池
1.铅蓄电池 (1)正、负极材料 正极:PbO2 负极:Pb 电解质:H2SO4溶液 (2)工作机制 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。

①放电过程
放电过程总反应: Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 (aq) =2PbSO4(s)+2H2O (l) 负极: Pb(s) + SO42- (aq) -2e- =PbSO4 (s) 正极: PbO2(s) + 4H+ (aq) +SO42- (aq) +2e- =PbSO4 (s) +2H2O (l) 还原反应 氧化反应

铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程

②充电过程
充电过程总反应: 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 (aq) 阴极:PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应
- = PbO (s) + 4H+ (aq) + PbSO (s)+2H O (l) -2e 4 2 2 阳极: SO42- (aq) 氧化反应

铅蓄电池的充放电过程: Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 (aq)
放电 充电

2PbSO4(s)+2H2O(l)

(3)优、缺点简析 缺点: 比能量低、笨重、废弃电池污染环境

优点: 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可 靠、价格低廉
2.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 蓄电池等

四、燃料电池

大有发展前景的燃料电池
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与 氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接 转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化 率可达近80%,约为火力发电的2倍。这是因为火力 发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、 氮氧化物等废气污染都接近零;燃料电池发明于19世 纪30年代末,经反复试验、改进,到20世纪60年代才 开始进入实用阶段。

1.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%),有利于节约能源。

2.燃料电池简介 ①燃料作负极,助燃剂氧气作正极 ②电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子的 作用。 优点: 能量转化率高,可持续使用,对环境友好。 用途: 广泛应用于宇宙飞船、电动起初、航天飞 机等,应用前景广阔。

3.氢氧燃料电池

(1)酸性介质
负极反应: 2H2 -4e- =4H+

正极反应: O2+4H+ +4e- =2H2O
总反应式: O2+2H2 =2H2O

(2)碱性介质

负极反应: 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O

正极反应: O2 + 2H2O + 4e-= 4OH总反应式: O2+2H2 =2H2O

(3)中性介质
负极反应: 2H2 -4e- =4H+

正极反应: O2 + 2H2O + 4e-= 4OH总反应式: O2+2H2 =2H2O

当堂检测 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,可以形成原电池,由于发生的反
应类似于甲烷的燃烧,所以称作燃料电池,根据两极 负极 ,这一极 上反应的实质判断,通入甲烷的一极为____ CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O ;通入氧 的电极反应为________________________ O2+2H2O+4e-=4OH-, 正极 ,电极反应为_________________ 气的一极为____ CH4+2O 总反应为_____ _____________________ 2+2KOH=K2CO3+3H2O 。

当堂检测

2.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,完成有关的电池反应式:负极反应式
为 2CO+2CO32--4e- =4CO2 ,正极反应式为

O2+2CO2+4e=2CO32- ,总电池反应式
为 2CO+O2=2CO2 。

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