1、第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源一、常見的化學(xué)電源一、常見的化學(xué)電源1 1、一次性電池、一次性電池電極電極: :ZnZn為負(fù)極為負(fù)極,MnO,MnO2 2為正極為正極電解液電解液：氫氧化鉀溶液：氫氧化鉀溶液電極方程式：電極方程式：負(fù)極負(fù)極: : ZnZn2e2e- - + 2OH+ 2OH- - Zn(OH)Zn(OH)2 2正極：正極：2MnO2MnO2 2 + 2e + 2e- - + 2H+ 2H2 2O = MnOOH + 2OHO = MnOOH + 2OH- - 【例】堿性鋅錳干電池【例】堿性鋅錳干電池【例】銀鋅電池【例】銀鋅電池ZnZn為負(fù)極為負(fù)極

2、, Ag, Ag2 2O O為正極為正極 電解液電解液: KOH: KOH溶液溶液電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式: : 負(fù)極負(fù)極: :ZnZn2OH2OH2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2 正極正極: :AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e- -2Ag2Ag2OH2OH總反應(yīng)式總反應(yīng)式: : ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 22 2、二次電池、二次電池可充電電池可充電電池【例】鉛蓄電池【例】鉛蓄電池: :電極：電極：PbPb為負(fù)極為負(fù)極，PbOPbO2 2為正極為正極. . 電解液電解液: : 30%30%的的H H2 2SOSO

3、4 4溶液溶液 電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式: : 放電時(shí)：放電時(shí)： 負(fù)極負(fù)極(Pb) (Pb) ：PbPbSOSO4 42-2-2e2e- -PbSOPbSO4 4 正極正極(PbO(PbO2 2) )： PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e- -PbSOPbSO4 42H2H2 2O O總電池反應(yīng)總電池反應(yīng): :PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O3 3、新型燃料電池、新型燃料電池氫氧氫氧燃料電池燃料電池電極電極:Pt制作的惰性電極制作的惰性電極反應(yīng)原理反應(yīng)原理:a.堿性溶液：堿性溶液：OH-參與負(fù)極反應(yīng)參與負(fù)極反應(yīng)

4、負(fù)極負(fù)極:正極正極: 總反應(yīng)：總反應(yīng)：b.酸性溶液酸性溶液: H+參與正極反應(yīng)參與正極反應(yīng)負(fù)極負(fù)極 : 正極正極:總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2H2 + 4OH 4e- 4H2OO2 2H2O 4e- 4OH 2H2 O2 2H2O2H2 - 4e- = 4H+O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O2H2 O2 2H2O二、二次電池及燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法二、二次電池及燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法1 1、二次電池、二次電池（1 1）先判斷負(fù)極材料和對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物）先判斷負(fù)極材料和對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物（2 2）準(zhǔn)確寫出負(fù)極反應(yīng)式）準(zhǔn)確寫出負(fù)極反應(yīng)式（3 3）正極反應(yīng)式）正極反應(yīng)式 = = 總反應(yīng)式總反應(yīng)式-

5、-負(fù)極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式【例例1】鎳鎘（鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充溶液，其充放電按下時(shí)進(jìn)行：放電按下時(shí)進(jìn)行：Cd + 2NiOOH + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 放電放電充電充電正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：Cd - 2e- + 2OH- = Cd(OH)2 2NiOOH + 2H2O + 2e- = 2Ni(OH)2 + 2OH-鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為：鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為： Fe

6、 + Ni2O3 + 3H2O = Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： Fe + 2OH- - 2e- = Fe(OH)2 正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： Ni2O3 - 2e- + 3H2O = 2Ni(OH)2 + 2OH- 【練習(xí)】【練習(xí)】2 2、燃料電池、燃料電池（1 1）溶液中進(jìn)行的燃料電池）溶液中進(jìn)行的燃料電池酸性溶液：酸性溶液：H H+ +參與正極反應(yīng)，并且負(fù)極失去電參與正極反應(yīng)，并且負(fù)極失去電子的數(shù)目與生成子的數(shù)目與生成H H+ +的數(shù)目相同的數(shù)目相同【例例2】甲烷甲烷O2燃料電池，電解質(zhì)溶液為稀鹽酸，電極燃料電池，電解質(zhì)溶液為稀鹽酸，電極反應(yīng)式如下：反應(yīng)式如下：C

7、H4 - 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式： O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O2 2、燃料電池、燃料電池（1 1）溶液中進(jìn)行的燃料電池）溶液中進(jìn)行的燃料電池堿性溶液：堿性溶液：負(fù)極消耗負(fù)極消耗OHOH- -【例例3】甲烷甲烷O2燃料電池，電解質(zhì)溶液為燃料電池，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電溶液，電極反應(yīng)式如下：極反應(yīng)式如下：CH4 - 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2 2、燃料電池、燃料電池（2 2）電解質(zhì)為熔融的固

8、體氧化物，）電解質(zhì)為熔融的固體氧化物，O O2-2-參與負(fù)極參與負(fù)極反應(yīng)反應(yīng)【例例4】COO2燃料電池，電解質(zhì)為熔融的燃料電池，電解質(zhì)為熔融的K2O，總反，總反應(yīng)：應(yīng)：2CO + O2 = 2CO2，電極反應(yīng)式如下：，電極反應(yīng)式如下：2CO - 4e- + 2O2- = 2CO2 負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式： O2 + 4e- = 2O2-2 2、燃料電池、燃料電池（3 3）電解質(zhì)為熔融的固體碳酸鹽，）電解質(zhì)為熔融的固體碳酸鹽，COCO3 32-2-參與負(fù)參與負(fù)極反應(yīng)極反應(yīng)【例例4】CH4O2燃料電池，電解質(zhì)為熔融的燃料電池，電解質(zhì)為熔融的K2CO3，總，總反應(yīng)：反應(yīng)：CH

9、4 + 2O2 = CO2 + 2H2O ，電極反應(yīng)式如下：，電極反應(yīng)式如下：CH4 - 8e- + 4CO32- = 5CO2 + 2H2O 負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式： 2O2 + 8e- + 4CO2 = 4CO32-【練習(xí)練習(xí)】1、C2H4O2燃料電池，寫出其在酸性、堿性條件下的正燃料電池，寫出其在酸性、堿性條件下的正負(fù)極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式【練習(xí)練習(xí)】2、COO2燃料電池，以熔融的固體碳酸鉀為電解質(zhì)，燃料電池，以熔融的固體碳酸鉀為電解質(zhì)，寫出該電池的正負(fù)極反應(yīng)式寫出該電池的正負(fù)極反應(yīng)式例例1 1：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高能

10、、輕便、無污染的優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有能、輕便、無污染的優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有酸式酸式和和堿式堿式兩種，它們放電時(shí)的總反應(yīng)都可兩種，它們放電時(shí)的總反應(yīng)都可以表示為以表示為2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，酸式電池中電解質(zhì)是，酸式電池中電解質(zhì)是酸，其負(fù)極反應(yīng)可表示為酸，其負(fù)極反應(yīng)可表示為， 則則其正極反應(yīng)式為其正極反應(yīng)式為_ _ _。堿式電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式堿式電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式為為 ，則其負(fù)極反應(yīng)可表示為，則其負(fù)極反應(yīng)可表示為_ _。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ +O O

11、2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -例例2 2：氫氣是燃料電池最簡(jiǎn)單的燃料，雖然：氫氣是燃料電池最簡(jiǎn)單的燃料，雖然使用方便，卻受到價(jià)格和來源的限制。常用使用方便，卻受到價(jià)格和來源的限制。常用的燃料往往是某些碳?xì)浠衔铮纾杭淄椤⒌娜剂贤悄承┨細(xì)浠衔铮纾杭淄椤⑵偷取Ｕ?qǐng)寫出將圖中氫氣換成甲烷時(shí)所構(gòu)汽油等。請(qǐng)寫出將圖中氫氣換成甲烷時(shí)所構(gòu)成的甲烷燃料電池中成的甲烷燃料電池中a a極的電極反應(yīng)式：極的電極反應(yīng)式： ，此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)式此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)式 ： 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+

12、2O2+2KOH=K2CO3+3H2O鉛蓄電池鉛蓄電池4. 鉛蓄電池鉛蓄電池 鉛蓄電池可放電也可以充電，一般用硬橡膠鉛蓄電池可放電也可以充電，一般用硬橡膠或透明塑料制成長(zhǎng)方形外殼（防止酸液的泄或透明塑料制成長(zhǎng)方形外殼（防止酸液的泄漏）；設(shè)有多層電極板，其中正極板上有一漏）；設(shè)有多層電極板，其中正極板上有一層棕褐色的二氧化鉛，負(fù)極是海綿狀的金屬層棕褐色的二氧化鉛，負(fù)極是海綿狀的金屬鉛，正負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板鉛，正負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板隔開（以防止電極之間發(fā)生短路）；兩極均隔開（以防止電極之間發(fā)生短路）；兩極均浸入到硫酸溶液中。浸入到硫酸溶液中。放電時(shí)為原電池，其電極反應(yīng)如下

13、：放電時(shí)為原電池，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：負(fù)極：PbPb + SO + SO4 42-2- - 2e - 2e - - = PbSO = PbSO4 4正極：正極：PbOPbO2 2 + 4H + 4H+ + + SO + SO4 42-2- + 2e + 2e - - = PbSO = PbSO4 4 + 2H+ 2H2 2O O總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：PbPb + PbO + PbO2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 = = 2PbSO2PbSO4 4 + 2H + 2H2 2O O當(dāng)放電進(jìn)行時(shí)，硫酸溶液的的濃度將不斷降當(dāng)放電進(jìn)行時(shí)，硫酸溶液的的濃度將不斷降低，當(dāng)溶液的密度降到低

14、，當(dāng)溶液的密度降到1.18g/ml 1.18g/ml 時(shí)應(yīng)停止使時(shí)應(yīng)停止使用進(jìn)行充電，充電時(shí)為電解池，用進(jìn)行充電，充電時(shí)為電解池，5. 堿性蓄電池堿性蓄電池 這類電池一般壽命比鉛酸蓄電池長(zhǎng)很多，且這類電池一般壽命比鉛酸蓄電池長(zhǎng)很多，且拾攜帶很方便。拾攜帶很方便。 Ni-CdNi-Cd電池：電池：CdCd + 2NiO(OH) + 2H + 2NiO(OH) + 2H2 2O O = 2Ni(OH)= 2Ni(OH)2 2 + Cd(OH) + Cd(OH)2 2 Ni-FeNi-Fe電池：電池：Fe + 2NiO(OH) + 2HFe + 2NiO(OH) + 2H2 2O = O = 2Ni

15、(OH)2Ni(OH)2 2 + Fe(OH) + Fe(OH)2 2 （ 堿性可充電電池及簡(jiǎn)易充電座）堿性可充電電池及簡(jiǎn)易充電座） 鋰電池鋰電池鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長(zhǎng)。用壽命大大延長(zhǎng)。 使用鋰電源的手機(jī)與手提電腦使用鋰電源的手機(jī)與手提電腦6. 微型鋰電池微型鋰電池 常用于心臟起搏器、手機(jī)的一種微型電池，常用于心臟起搏器、手機(jī)的一種微型電池，一般用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解質(zhì)一般用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解質(zhì)溶液為溶有四氯化鋁鋰（溶液為溶有

16、四氯化鋁鋰（LiAlClLiAlCl4 4 ）的亞硫）的亞硫酸氯（酸氯（SOClSOCl2 2 ）。電池的總反應(yīng)式如下：）。電池的總反應(yīng)式如下：8Li + 3SOCl8Li + 3SOCl2 2 = 6LiCl + Li = 6LiCl + Li2 2SOSO3 3 + + 2S 2S 這種電池的容量大，電壓穩(wěn)定，能在這種電池的容量大，電壓穩(wěn)定，能在- -56.756.70 0C- +71.1C- +71.10 0C C的大范圍溫差內(nèi)正常工作的大范圍溫差內(nèi)正常工作日本產(chǎn)海水電池日本產(chǎn)海水電池 以海水電池為能源的航海標(biāo)志燈以海水電池為能源的航海標(biāo)志燈7. 海水電池海水電池 19911991年，我

17、國(guó)科學(xué)家首創(chuàng)以鋁年，我國(guó)科學(xué)家首創(chuàng)以鋁-空氣空氣-海海水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。其電極反應(yīng)式如下：其電極反應(yīng)式如下：負(fù)極：負(fù)極：4Al 12e4Al 12e- - = 4Al = 4Al3+3+正極：正極：3O3O2 2 + 6H + 6H2 2O + 12eO + 12e- - = 12OH = 12OH- -總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：4Al + 3O4Al + 3O2 2 + 6H + 6H2 2O

18、= O = 4Al(OH)4Al(OH)3 3這種電池的能量比普通干電池高這種電池的能量比普通干電池高20-5020-50倍！倍！8. 熔融鹽燃料電池熔融鹽燃料電池 這是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電這是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家己接近民用工池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家己接近民用工業(yè)化水平。按其所用燃料或熔融鹽的不同，業(yè)化水平。按其所用燃料或熔融鹽的不同，有多個(gè)不同的品種，如天然氣、有多個(gè)不同的品種，如天然氣、COCO、-熔融熔融碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等，一般要在一碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等，一般要在一定的高溫下（確保鹽處于熔化狀態(tài)）才能工定的高溫下（確保鹽處于熔化狀態(tài)）才能工作。作。下面以下面以CO-LiCO-Li2 2COCO3 3 + Na + Na2 2COCO3 3-空氣與空氣與COCO2 2型電池為例加以說明：型電池為例加以說明：總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：2CO + O2CO + O2 2 = 2CO = 2CO2 2該電池的工作溫度一般為該電池的工作溫度一般為6506500 0C C負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：2CO + 2CO2CO + 2CO3 32-2