第2課時(shí)化學(xué)電源第一節(jié)原電池第四章化學(xué)反應(yīng)與電能化學(xué)史：發(fā)明電池的故事

伏特是意大利帕維亞大學(xué)的研究電學(xué)的物理學(xué)家.有一天,伏特看了一位名叫加伐尼的解剖學(xué)家的一篇論文,說動(dòng)物肌肉里貯存著電,可以用金屬接觸肌肉把電引出來.看了這篇論文,伏特非常興奮,便決定親自來做這個(gè)實(shí)驗(yàn).他用許多只活青蛙反復(fù)實(shí)驗(yàn),終于發(fā)現(xiàn),實(shí)際情況并不像加伐尼所說的那樣,而是兩種不同的金屬接觸產(chǎn)生的電流,才使蛙腿的肌肉充電而收縮.

為了證明自己的發(fā)現(xiàn)是正確的,伏特決定更深入地了解電的來源。

為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn),人們把電壓的計(jì)量單位叫做伏特,簡稱伏,符號V。比如我們手電筒里的電池的電壓是1.5伏特，我們家里的電燈的電壓是220伏特。

鉛蓄電池干電池紐扣電池鋰離子電池燃料電池鋰離子電池太陽能電池生活中電池將

變成

的裝置。廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、照相機(jī)、計(jì)算器、遙控器、汽車、衛(wèi)星等。1.概念:2.優(yōu)點(diǎn):①能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠②可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便③易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。一、化學(xué)電池化學(xué)能電能3.電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):①比能量［單位：(w·h/kg)，(w·h/L)］指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少②比功率[單位：（W/kg，W/L)]指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小.③電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長的電池，更易滿足使用者需求。化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池等鋰離子電池鎳氫電池普通鋅錳干電池鋅銀紐扣電池4.化學(xué)電池的分類

廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質(zhì)。隨意丟棄廢電池會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。上世紀(jì)50年代，震驚世界的日本“水俁病”就是因汞中毒引起的。5、廢電池對環(huán)境的危害8減少污染節(jié)約資源廢舊電池處理

放電后不可再充電的電池。一次電池的電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫做干電池。常見一次電池有普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、紐扣式銀鋅電池等。二、一次電池（干電池）Zn+2MnO2+2NH4+=Zn(NH3)22++2MnO(OH)負(fù)極：優(yōu)點(diǎn)：制作簡單、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。1.普通（酸性）鋅錳干電池

作正極，

作電解質(zhì)溶液，

作負(fù)極石墨棒氯化銨糊鋅筒Zn-2e-+2NH4+=Zn(NH3)22++2H+正極：2MnO2+2H++2e-=

2MnO(OH)

總反應(yīng)：2.堿性鋅錳電池負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-氫氧化氧錳正極:

;負(fù)極：

;電解質(zhì):

。MnO2Zn粉KOH總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O

=2MnO(OH)+

Zn(OH)2優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴3.銀鋅（紐扣）電池正極:

;負(fù)極：

;電解質(zhì):

。Zn－2e-＋2OH－＝Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2KOH溶液Ag2OZn負(fù)極:正極:總反應(yīng)式:優(yōu)點(diǎn)：比能量大、電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)間長，適宜小電流連續(xù)放電。廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。【練1】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn),因而得到廣泛應(yīng)用.鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液,電池總反應(yīng)式為：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列說法錯(cuò)誤的是………()A.電池工作時(shí),鋅失去電子B.電池正極電極反應(yīng)為：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)

C.電池工作時(shí),電子由正極通過外電路流向負(fù)極D.外電路每通過0.2mole-,理論上減小鋅的質(zhì)量6.5gC

放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生的電池。這種充電電池屬于二次電池，也叫充電電池或蓄電池。常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車上使用的大多是鉛蓄電池。三、二次電池（蓄電池）可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉。鉛酸電池由兩組柵狀電極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2,負(fù)極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液。1.鉛酸蓄電池構(gòu)造：鉛蓄電池的構(gòu)造缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境：(-)Pb|H2SO4|PbO2(+)總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

Pb-2e-+SO42-=PbSO4

正極：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)負(fù)極：①放電過程:鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程②充電過程：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

還原反應(yīng)陰極(接負(fù)極)：陽極(接正極)：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-

氧化反應(yīng)總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4充放電過程：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電正接正，負(fù)接負(fù)2.鋰離子電池總反應(yīng)：正極：

負(fù)極：

放電陽極：陰極：充電LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2＋Cy放電充電負(fù)極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)電解液：鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液銅集流板鋁集流板鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液LixCyLi1-xCoO2石墨鈷酸鋰鋰離子電池結(jié)構(gòu)LixCy－xe－＝xLi++CyLi1-xCoO2+xLi+

+xe-＝LiCoO2Cy+xe－+xLi+＝LixCyLiCoO2－xe-

＝Li1-xCoO2+xLi+

3.鎳鎘電池

用途：廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)剃須刀等。特點(diǎn)：體積小、便于攜帶，可重復(fù)使用500次以上、壽命比鉛蓄電池長。2NiO(OH)+2H2O+Cd2Ni(OH)2+Cd(OH)2放電充電鎘有致癌作用，廢棄的鎳鎘電池如不回收，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，有被鎳氫電池取代的趨勢。4.鎳氫電池

H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2放電充電二次電池【練2】關(guān)于鉛蓄電池放電時(shí)的說法正確的（

）

A．電池的負(fù)極材料是鉛板

B．正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb+SO42--2e-=PbSO4C．電池中硫酸的濃度不發(fā)生變化

D．負(fù)極質(zhì)量減少、正極質(zhì)量增加

A【練3】(雙選)氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是

H2+2NiO(OH)

2Ni(OH)2。根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述中正確的是(

)A.電池放電時(shí)，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時(shí)，鎳元素被氧化C.電池充電時(shí)，氫元素被還原D.電池放電時(shí)，H2在負(fù)極上反應(yīng)CD負(fù)極：H2+2OH--2e-=

2H2O正極：2NiO(OH)+2H2O+2e-=

2Ni(OH)2+2OH-四、燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。③兩極材料：惰性材料（Pt），只具導(dǎo)電性。②反應(yīng)物不儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，外加提供燃料和氧化劑。④兩極判斷：通入燃料氣的一極通入O2或空氣的一極⑤導(dǎo)電介質(zhì)：可以是電解質(zhì)溶液，也可以是新型的導(dǎo)離子介質(zhì)。⑥優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換率高；污染小。負(fù)極正極1、氫氧燃料電池：負(fù)極：2H2+4OH--4e-＝4H2O正極：

O2+4e-+

2H2O

＝4OH-

總反應(yīng)式:2H2+O2＝2H2O②

(-)H2|OH-|O2(+)堿性介質(zhì)

①

(-)H2|H+|O2(+)酸性介質(zhì)

負(fù)極：2H2-4e-＝4H+

正極：O2+4e-+4H+＝2H2O總反應(yīng)式:2H2+O2＝2H2O固體燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

2H2-4e-+2O2－=2H2OO2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O負(fù)極正極負(fù)極正極氫氧燃料電池在四種常見介質(zhì)中的電極反應(yīng)總結(jié)2.書寫步驟①析價(jià)態(tài)，定正負(fù)

②列物質(zhì)

③標(biāo)得失

④看環(huán)境，配守恒電極反應(yīng)式的書寫方法方法指導(dǎo)補(bǔ)項(xiàng)原則：酸性介質(zhì)（缺H補(bǔ)H+，缺O(jiān)補(bǔ)H2O）；

堿性介質(zhì)（缺H補(bǔ)H2O，缺O(jiān)補(bǔ)OH-）；

熔融氧化物使用O2-；熔融碳酸鹽使用CO32-。1.書寫原則：①質(zhì)量守恒+電荷守恒+電子守恒②弱電解質(zhì)、氣體、難溶物均寫化學(xué)式，其余用離子符號3.復(fù)雜電極反應(yīng)式書寫復(fù)雜電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式—較簡單一極電極式

負(fù)極：

CH4＋10OH－－8e－

=CO32－＋7H2O

正極：

2O2＋4H2O＋8e－

=8OH－

總反應(yīng)式：

CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O①H2SO4溶液：2、甲烷燃料電池用導(dǎo)線連接兩個(gè)鉑電極插入電解質(zhì)溶液中，向兩極分別通入CH4和O2。負(fù)極：CH4＋2H2O－8e－

=CO2＋8H+正極：

2O2＋8H＋＋8e－

=4H2O總反應(yīng)式：

CH4+2O2=CO2+2H2O②KOH溶液：

3.甲醇燃料電池/KOH

4.肼（N2H4）燃料電池/KOH正極:3O2+6H2O+12e-===12OH-負(fù)極:2CH3OH+16OH--12e-===2CO32-+12H2O總反應(yīng):2CH3OH+3O2+4OH-===2CO32-+6H2O正極:O2+2H2O+4e-===4OH-負(fù)極:N2H4+4OH--4e-===N2+4H2O總反應(yīng):N2H4+O2===N2+2H2O5.熔融鹽燃料電池一極通CO，一極通空氣和CO2混合氣體，以Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽作電解質(zhì)。負(fù)極：2CO+2CO32--4e-=4CO2

正極：O2+2CO2+4e-=2CO32-總反應(yīng)式：2CO+O2=2CO2

6.鋁-空氣-海水電池1991年，我國首創(chuàng)，用作海上標(biāo)志燈。以海水為電解液，靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。負(fù)極：4A1-12e-

＝4A13+正極：3O2+12e-+6H2O＝12OH-總反應(yīng)式：4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3【練4】X、Y兩根金屬棒插入Z溶液中構(gòu)成如圖所示裝置，實(shí)驗(yàn)中電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)X棒變粗，Y棒變細(xì)，則X、Y、Z可能是下列中的()選項(xiàng)XYZ溶液AZnCu稀硫酸BCuZn稀硫酸CCuAg硫酸銅溶液DAgZn硝酸銀溶液D【練5】我國科研人員研制出一種室溫“可呼吸”Na-CO2電池。放電時(shí)該電池“吸入”CO2，充電時(shí)“呼出”CO2

。吸入CO2時(shí)，其工作原理如下圖所示。吸收的全部CO2中，有2/3轉(zhuǎn)化為Na2CO3固體沉積在多壁碳納米管（MWCNT）電極表面。下列說法正確的是（雙選）(

)A.“吸入”CO2時(shí)，鈉箔為負(fù)極B.“吸入”CO2時(shí)的正極反應(yīng)：

4Na++3CO2-4e-

=

2Na2CO3+CC.“吸入”CO2時(shí)Na+向多壁碳納米管電極移動(dòng)D.每“呼出”22.4LCO2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.75molAC【練6】有一種瓦斯分析儀（圖甲）能夠在煤礦巷道中的甲烷達(dá)到一定濃度時(shí)，通過傳感器顯示出來。其裝置如圖乙所示，a、b間充有固體電解質(zhì)Y2O3—Na2O，O2-可以在其中自由移動(dòng)。下列有關(guān)敘述正確的是（

）A.

瓦斯分析儀工作時(shí)，電池內(nèi)電路中O2-

由電極a流向電極bB.

電池外電路中電子由正極流向負(fù)極C.

電極a的反應(yīng)式為：CH4+4O2-

-

8e-

=

CO2+2H2OD.

當(dāng)固體電解質(zhì)中有1molO2-通過時(shí)，電子轉(zhuǎn)移4molC【練7】據(jù)報(bào)道，某公司研制了一種有甲醇和氧氣，以及強(qiáng)堿作電解質(zhì)的手機(jī)電池，電量可達(dá)到鎳氫電池的10倍，有關(guān)此電池的敘述錯(cuò)誤的是（

）A.溶液中的陽離子移向正極B.負(fù)極反應(yīng)式：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2OC.電池在使用過程中，電解質(zhì)溶液的c（OH-）不變D.當(dāng)外電路通過6mol電子時(shí)，理論上消耗1.5molO2C知識(shí)總結(jié)1.如圖是鉛蓄電池構(gòu)造示意圖，下列說法不正確的是（）A．鉛蓄電池屬于二次電池，充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．電池工作時(shí)，電子由Pb板通過導(dǎo)線流向PbO2板C．電池工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Pb-2e-+SO42-═PbSO4D．電池工作時(shí)，H+移向Pb板D2.下列說法錯(cuò)誤的是（

）A.化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置B.化學(xué)電池中電解質(zhì)溶液的作用是傳遞電子C.堿性鋅錳電池以鋅作負(fù)極，KOH為電解質(zhì)D.鉛蓄電他是一種二次電池，以PbO2作正極3.利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。則下列說法正確的是（）①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole-②負(fù)極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O③負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-④電池放電后，溶液pH不斷升高A．①②B．①③C．①④D．③④BA4.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是()A．該電池能夠在高溫下工作B．電池的負(fù)極反應(yīng)為：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+C．放電過程中，H+從負(fù)極區(qū)向正極區(qū)遷移D．在電池反應(yīng)中，每消耗1mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體22.4LA5.“重油—氧氣—熔融碳酸鈉”燃料電池裝置如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是（

）A.O2在b極得電子，最終被還原為CO32-B.放電過程中，電子由電極a經(jīng)導(dǎo)線流向電極bC.該電池工作時(shí)，CO32-經(jīng)“交換膜2”移向b極D.H2參與的電極反應(yīng)為：H2-2e-+CO32-=H2O+CO2C6.電化學(xué)氣敏傳感器可用于檢測環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖如下。下列說法不正確的是（

）A.工作時(shí)，溶液中OH-向電極a移動(dòng)B.a極的電極反應(yīng)式為2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2OC.反應(yīng)消耗的NH3與O2的物質(zhì)的量之比為4：5D.O2在電極b上發(fā)生還原反應(yīng)C7.高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通電池相比，該電池能較長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓．高鐵電池的總反應(yīng)為：