4.1.2 化学电源(共43张PPT).pptx
文档属性
| 名称 | 4.1.2 化学电源(共43张PPT).pptx |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 18.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-16 21:34:34 | ||
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文档简介
(共43张PPT)
第2课时 化学电源
第一节 原电池
第四章 化学反应与电能
化学史：发明电池的故事
伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家.有一天,伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文,说动物肌肉里贮存着电,可以用金属接触肌肉把电引出来.看了这篇论文,伏特非常兴奋,便决定亲自来做这个实验.他用许多只活青蛙反复实验,终于发现,实际情况并不像加伐尼所说的那样,而是两种不同的金属接触产生的电流,才使蛙腿的肌肉充电而收缩.
为了证明自己的发现是正确的,伏特决定更深入地了解电的来源。
为了纪念他的贡献,人们把电压的计量单位叫做伏特,简称伏,符号V。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。
铅蓄电池
干电池
纽扣电池
锂离子电池
燃料电池
锂离子电池
太阳能电池
生活中电池
将 变成 的装置。广泛应用于移动电话、照相机、计算器、遥控器、汽车、卫星等。
1.概念:
2.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。
一、化学电池
化学能
电能
3.电池优劣的判断标准:
① 比能量
［单位：(w·h/kg)，(w·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
[单位：（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 电池的可储存时间的长短
除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更易满足使用者需求。
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池等
锂离子电池
镍氢电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
4. 化学电池的分类
废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。
上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。
5、废电池对环境的危害
减少污染节约资源废旧电池处理 放电后不可再充电的电池。一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。
常见一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。
二、一次电池（干电池）
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn(NH3)22++2MnO(OH)
负极：
优点：制作简单、价格便宜。
缺点：放电时间短，电压下降快。
1. 普通（酸性）锌锰干电池
作正极， 作电解质溶液， 作负极
石墨棒
氯化铵糊
锌筒
Zn - 2e-+2NH4+= Zn(NH3)22++2H+
正极：
2MnO2 + 2H+ + 2e- = 2MnO(OH)
总反应：
2.碱性锌锰电池
负极：
Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2
正极：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-
氢氧化氧锰
正极: ; 负极： ; 电解质: 。
MnO2
Zn粉
KOH
总反应：
Zn+2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
3.银锌（纽扣）电池
正极: ; 负极： ; 电解质: 。
Zn－2e-＋2OH－＝Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－
Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2
KOH溶液
Ag2O
Zn
负极:
正极:
总反应式:
优点：比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。
【练1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用.锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为：
Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) =Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)
下列说法错误的是………( )
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极电极反应为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路每通过0.2mole-, 理论上减小锌的质量6.5g
C
放电后可以再充电使活性物质获得再生的电池。这种充电电池属于二次电池，也叫充电电池或蓄电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。
三、二次电池（蓄电池）
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
铅酸电池由两组栅状电极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb，电解质溶液为H2SO4溶液。
1.铅酸蓄电池
构造：
铅蓄电池的构造
缺点：
优点：
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
：(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+)
总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb -2e- + SO42- =PbSO4
正极：
PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O
氧化反应
还原反应
负极：
①放电过程:
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
②充电过程：
PbSO4 +2e- =Pb + SO42-
还原反应
阴极(接负极)：
阳极(接正极)：
PbSO4 -2e- +2H2O = PbO2 + 4H++ SO42-
氧化反应
总反应：
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
充放电过程：
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
放电
充电
正接正，负接负
2.锂离子电池
总反应：
正极：
负极：
放电
阳极：
阴极：
充电
LixCy +Li1-xCoO2 LiCoO2＋Cy
放电
充电
负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6 )
正极材料：钴酸锂(Li1-xCoO2)
电解液：锂导电有机电解液
铜集流板
铝集流板
锂导电有机电解液
LixCy
Li1-xCoO2
石墨钴酸锂锂离子电池结构
LixCy－xe－＝ xLi++Cy
Li1-xCoO2+xLi+ +xe-＝LiCoO2
Cy+xe－+xLi+＝LixCy
LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
3.镍镉电池
用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。
特点：体积小、便于携带，可重复使用500次以上、寿命比铅蓄电池长。
2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
放电
充电
镉有致癌作用，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境，有被镍氢电池取代的趋势。
4.镍氢电池
H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2
放电
充电
二次电池
【练2】关于铅蓄电池放电时的说法正确的（ ）
A．电池的负极材料是铅板
B．正极发生的反应是 Pb +SO42--2e-= PbSO4
C．电池中硫酸的浓度不发生变化
D．负极质量减少、正极质量增加
A
【练3】(双选)氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是 H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是( )
A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大
B.电池放电时，镍元素被氧化
C.电池充电时，氢元素被还原
D.电池放电时，H2在负极上反应
CD
负极：H2+2OH--2e- = 2H2O
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH-
四、燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的化学电源。
③两极材料：惰性材料（Pt），只具导电性。
②反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。
④两极判断：通入燃料气的一极
通入O2或空气的一极
⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。
⑥优点：能量转换率高；污染小。
负极
正极
1、氢氧燃料电池：
负极：2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O
正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH-
总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
② (-)H2 | OH- | O2(+) 碱性介质
① (-)H2 | H+ | O2(+) 酸性介质
负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+
正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
负极
正极
负极
正极
氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结
2.书写步骤
①析价态，定正负 ②列物质 ③标得失 ④看环境，配守恒
电极反应式的书写方法
方法指导
补项原则：酸性介质（缺H补H+，缺O补H2O）；
碱性介质（缺H补H2O，缺O补OH-）；
熔融氧化物使用O2-；熔融碳酸盐使用CO32-。
1.书写原则：
①质量守恒+电荷守恒+电子守恒
②弱电解质、气体、难溶物均写化学式，其余用离子符号
3.复杂电极反应式书写
复杂电极反应式=总反应式—较简单一极电极式
负极： CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O
正极： 2O2＋4H2O＋8e－ = 8OH－
总反应式： CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O
① H2SO4溶液：
2、甲烷燃料电池
用导线连接两个铂电极插入电解质溶液中，向两极分别通入CH4和O2。
负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+
正极： 2O2＋8H＋＋8e－ = 4H2O
总反应式： CH4+2O2 = CO2+2H2O
② KOH溶液：
3.甲醇燃料电池/KOH
4.肼（N2H4）燃料电池/KOH
正极: 3O2+6H2O+12e- === 12OH-
负极: 2CH3OH+16OH--12e- === 2CO32- +12H2O
总反应: 2CH3OH+3O2+4OH- === 2CO32-+6H2O
正极: O2+2H2O+4e- === 4OH-
负极: N2H4+4OH--4e- === N2+4H2O
总反应: N2H4+O2 === N2+2H2O
5.熔融盐燃料电池
一极通CO，一极通空气和CO2混合气体，以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质。
负 极：2CO+2CO32--4e- = 4CO2
正 极：O2+2CO2+4e- = 2CO32-
总反应式：2CO+O2 = 2CO2
6.铝-空气-海水电池
1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。
负极：4A1-12e- ＝ 4A13+
正极：3O2+12e-+6H2O ＝12OH-
总反应式：4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3
【练4】X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置，实验中电流表指针发生偏转，同时X棒变粗，Y棒变细，则X、Y、Z可能是下列中的( )
选项 X Y Z溶液
A Zn Cu 稀硫酸
B Cu Zn 稀硫酸
C Cu Ag 硫酸铜溶液
D Ag Zn 硝酸银溶液
D
【练5】我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na-CO2电池。放电时该电池“吸入”CO2，充电时“呼出”CO2 。吸入CO2时，其工作原理如下图所示。吸收的全部CO2中，有2/3转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管（MWCNT）电极表面。下列说法正确的是（双选）( )
A. “吸入”CO2时，钠箔为负极
B. “吸入”CO2时的正极反应：
4Na++3CO2-4e- = 2Na2CO3+C
C. “吸入”CO2时Na+向多壁碳纳米管电极移动
D. 每“呼出”22.4LCO2，转移电子数为0.75mol
AC
【练6】有一种瓦斯分析仪（图甲）能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。其装置如图乙所示，a、b间充有固体电解质Y2O3—Na2O，O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是（ ）
A. 瓦斯分析仪工作时，电池内电路中O2-
由电极a流向电极b
B. 电池外电路中电子由正极流向负极
C. 电极a的反应式为：CH4+4O2- - 8e- = CO2+2H2O
D. 当固体电解质中有1molO2-通过时，电子转移4mol
C
【练7】据报道，某公司研制了一种有甲醇和氧气，以及强碱作电解质的手机电池，电量可达到镍氢电池的10倍，有关此电池的叙述错误的是（ ）
A.溶液中的阳离子移向正极
B.负极反应式：CH3OH + 8OH- -6e- = CO32-+6H2O
C.电池在使用过程中，电解质溶液的c（OH-）不变
D.当外电路通过6 mol电子时，理论上消耗1.5 mol O2
C
知识总结
1.如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是（ ）
A．铅蓄电池属于二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板
C．电池工作时，负极反应为：Pb-2e- +SO42-═PbSO4
D．电池工作时，H+移向Pb板
D
2.下列说法错误的是（ ）
A.化学电池是将化学能转化为电能的装置
B.化学电池中电解质溶液的作用是传递电子
C.碱性锌锰电池以锌作负极，KOH为电解质
D.铅蓄电他是一种二次电池，以PbO2作正极
3.利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后，溶液pH不断升高
A．①② B．①③ C．①④ D．③④
B
A
4.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：
C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+
C．放电过程中，H+从负极区向正极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4 L
A
5.“重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（ ）
A.O2在b极得电子，最终被还原为CO32-
B.放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b
C.该电池工作时，CO32-经“交换膜2”移向b极
D.H2参与的电极反应为：H2-2e-+CO32- = H2O+CO2
C
6.电化学气敏传感器可用于检测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是（ ）
A. 工作时，溶液中OH-向电极a移动
B. a极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：5
D. O2在电极b上发生还原反应
C
7.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为：
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH．请回答下列问题：
（1）高铁电池的负极材料是 ，放电时负极的电极反应式为
。
（2）放电时，正极发生 ______ （填“氧化”或“还原”）反应；正极的电极反应式为 ．
放电时， ______ （填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强．
放电
充电
电子自动从负极材料离开，通过外电路流向正极，失去电子的锂离子也从石墨层间脱嵌而出
从负极脱嵌后的锂离子通过电解液及隔膜重新回到正极材料，结合通过外部电路到达正极的电子，形成比较稳定的嵌锂正极材料
正极：Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2
负极：LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
锂离子脱嵌
锂离子嵌入
钴酸锂
嵌锂石墨
放电
新制作或放电后锂离子嵌在正极材料的层状结构中
开始充电后，在外加电场的作用下，正极材料失去电子，锂离子从正极材料中脱嵌而出
继续充电中，正极材料持续失去电子，锂离子也持续脱嵌，直至充电完成
阳极：LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
锂离子脱嵌
钴酸锂
LiCoO2
阳极充电
锂离子通过电解液和隔膜，移动到负极石墨材料
锂离子嵌入石墨层中，同时电子通过外电路到达负极，形成相对稳定的嵌锂石墨，充电完成。
阴极： Cy+xe－+xLi+＝LixCy
充电：
嵌锂石墨
石墨
阴极充电
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第2课时 化学电源
第一节 原电池
第四章 化学反应与电能
化学史：发明电池的故事
伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家.有一天,伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文,说动物肌肉里贮存着电,可以用金属接触肌肉把电引出来.看了这篇论文,伏特非常兴奋,便决定亲自来做这个实验.他用许多只活青蛙反复实验,终于发现,实际情况并不像加伐尼所说的那样,而是两种不同的金属接触产生的电流,才使蛙腿的肌肉充电而收缩.
为了证明自己的发现是正确的,伏特决定更深入地了解电的来源。
为了纪念他的贡献,人们把电压的计量单位叫做伏特,简称伏,符号V。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。
铅蓄电池
干电池
纽扣电池
锂离子电池
燃料电池
锂离子电池
太阳能电池
生活中电池
将 变成 的装置。广泛应用于移动电话、照相机、计算器、遥控器、汽车、卫星等。
1.概念:
2.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。
一、化学电池
化学能
电能
3.电池优劣的判断标准:
① 比能量
［单位：(w·h/kg)，(w·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
[单位：（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 电池的可储存时间的长短
除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更易满足使用者需求。
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
碱性锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池等
锂离子电池
镍氢电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
4. 化学电池的分类
废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。
上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。
5、废电池对环境的危害
减少污染节约资源废旧电池处理 放电后不可再充电的电池。一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。
常见一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。
二、一次电池（干电池）
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn(NH3)22++2MnO(OH)
负极：
优点：制作简单、价格便宜。
缺点：放电时间短，电压下降快。
1. 普通（酸性）锌锰干电池
作正极， 作电解质溶液， 作负极
石墨棒
氯化铵糊
锌筒
Zn - 2e-+2NH4+= Zn(NH3)22++2H+
正极：
2MnO2 + 2H+ + 2e- = 2MnO(OH)
总反应：
2.碱性锌锰电池
负极：
Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2
正极：
2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-
氢氧化氧锰
正极: ; 负极： ; 电解质: 。
MnO2
Zn粉
KOH
总反应：
Zn+2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
3.银锌（纽扣）电池
正极: ; 负极： ; 电解质: 。
Zn－2e-＋2OH－＝Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－
Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2
KOH溶液
Ag2O
Zn
负极:
正极:
总反应式:
优点：比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。
【练1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用.锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为：
Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) =Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)
下列说法错误的是………( )
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极电极反应为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路每通过0.2mole-, 理论上减小锌的质量6.5g
C
放电后可以再充电使活性物质获得再生的电池。这种充电电池属于二次电池，也叫充电电池或蓄电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。
三、二次电池（蓄电池）
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
铅酸电池由两组栅状电极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb，电解质溶液为H2SO4溶液。
1.铅酸蓄电池
构造：
铅蓄电池的构造
缺点：
优点：
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
：(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+)
总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb -2e- + SO42- =PbSO4
正极：
PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O
氧化反应
还原反应
负极：
①放电过程:
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
②充电过程：
PbSO4 +2e- =Pb + SO42-
还原反应
阴极(接负极)：
阳极(接正极)：
PbSO4 -2e- +2H2O = PbO2 + 4H++ SO42-
氧化反应
总反应：
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
充放电过程：
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
放电
充电
正接正，负接负
2.锂离子电池
总反应：
正极：
负极：
放电
阳极：
阴极：
充电
LixCy +Li1-xCoO2 LiCoO2＋Cy
放电
充电
负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6 )
正极材料：钴酸锂(Li1-xCoO2)
电解液：锂导电有机电解液
铜集流板
铝集流板
锂导电有机电解液
LixCy
Li1-xCoO2
石墨钴酸锂锂离子电池结构
LixCy－xe－＝ xLi++Cy
Li1-xCoO2+xLi+ +xe-＝LiCoO2
Cy+xe－+xLi+＝LixCy
LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
3.镍镉电池
用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。
特点：体积小、便于携带，可重复使用500次以上、寿命比铅蓄电池长。
2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
放电
充电
镉有致癌作用，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境，有被镍氢电池取代的趋势。
4.镍氢电池
H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2
放电
充电
二次电池
【练2】关于铅蓄电池放电时的说法正确的（ ）
A．电池的负极材料是铅板
B．正极发生的反应是 Pb +SO42--2e-= PbSO4
C．电池中硫酸的浓度不发生变化
D．负极质量减少、正极质量增加
A
【练3】(双选)氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是 H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是( )
A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大
B.电池放电时，镍元素被氧化
C.电池充电时，氢元素被还原
D.电池放电时，H2在负极上反应
CD
负极：H2+2OH--2e- = 2H2O
正极：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH-
四、燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的化学电源。
③两极材料：惰性材料（Pt），只具导电性。
②反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。
④两极判断：通入燃料气的一极
通入O2或空气的一极
⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。
⑥优点：能量转换率高；污染小。
负极
正极
1、氢氧燃料电池：
负极：2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O
正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH-
总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
② (-)H2 | OH- | O2(+) 碱性介质
① (-)H2 | H+ | O2(+) 酸性介质
负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+
正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
负极
正极
负极
正极
氢氧燃料电池在四种常见介质中的电极反应总结
2.书写步骤
①析价态，定正负 ②列物质 ③标得失 ④看环境，配守恒
电极反应式的书写方法
方法指导
补项原则：酸性介质（缺H补H+，缺O补H2O）；
碱性介质（缺H补H2O，缺O补OH-）；
熔融氧化物使用O2-；熔融碳酸盐使用CO32-。
1.书写原则：
①质量守恒+电荷守恒+电子守恒
②弱电解质、气体、难溶物均写化学式，其余用离子符号
3.复杂电极反应式书写
复杂电极反应式=总反应式—较简单一极电极式
负极： CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O
正极： 2O2＋4H2O＋8e－ = 8OH－
总反应式： CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O
① H2SO4溶液：
2、甲烷燃料电池
用导线连接两个铂电极插入电解质溶液中，向两极分别通入CH4和O2。
负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+
正极： 2O2＋8H＋＋8e－ = 4H2O
总反应式： CH4+2O2 = CO2+2H2O
② KOH溶液：
3.甲醇燃料电池/KOH
4.肼（N2H4）燃料电池/KOH
正极: 3O2+6H2O+12e- === 12OH-
负极: 2CH3OH+16OH--12e- === 2CO32- +12H2O
总反应: 2CH3OH+3O2+4OH- === 2CO32-+6H2O
正极: O2+2H2O+4e- === 4OH-
负极: N2H4+4OH--4e- === N2+4H2O
总反应: N2H4+O2 === N2+2H2O
5.熔融盐燃料电池
一极通CO，一极通空气和CO2混合气体，以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质。
负 极：2CO+2CO32--4e- = 4CO2
正 极：O2+2CO2+4e- = 2CO32-
总反应式：2CO+O2 = 2CO2
6.铝-空气-海水电池
1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。
负极：4A1-12e- ＝ 4A13+
正极：3O2+12e-+6H2O ＝12OH-
总反应式：4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3
【练4】X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置，实验中电流表指针发生偏转，同时X棒变粗，Y棒变细，则X、Y、Z可能是下列中的( )
选项 X Y Z溶液
A Zn Cu 稀硫酸
B Cu Zn 稀硫酸
C Cu Ag 硫酸铜溶液
D Ag Zn 硝酸银溶液
D
【练5】我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na-CO2电池。放电时该电池“吸入”CO2，充电时“呼出”CO2 。吸入CO2时，其工作原理如下图所示。吸收的全部CO2中，有2/3转化为Na2CO3固体沉积在多壁碳纳米管（MWCNT）电极表面。下列说法正确的是（双选）( )
A. “吸入”CO2时，钠箔为负极
B. “吸入”CO2时的正极反应：
4Na++3CO2-4e- = 2Na2CO3+C
C. “吸入”CO2时Na+向多壁碳纳米管电极移动
D. 每“呼出”22.4LCO2，转移电子数为0.75mol
AC
【练6】有一种瓦斯分析仪（图甲）能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。其装置如图乙所示，a、b间充有固体电解质Y2O3—Na2O，O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是（ ）
A. 瓦斯分析仪工作时，电池内电路中O2-
由电极a流向电极b
B. 电池外电路中电子由正极流向负极
C. 电极a的反应式为：CH4+4O2- - 8e- = CO2+2H2O
D. 当固体电解质中有1molO2-通过时，电子转移4mol
C
【练7】据报道，某公司研制了一种有甲醇和氧气，以及强碱作电解质的手机电池，电量可达到镍氢电池的10倍，有关此电池的叙述错误的是（ ）
A.溶液中的阳离子移向正极
B.负极反应式：CH3OH + 8OH- -6e- = CO32-+6H2O
C.电池在使用过程中，电解质溶液的c（OH-）不变
D.当外电路通过6 mol电子时，理论上消耗1.5 mol O2
C
知识总结
1.如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是（ ）
A．铅蓄电池属于二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板
C．电池工作时，负极反应为：Pb-2e- +SO42-═PbSO4
D．电池工作时，H+移向Pb板
D
2.下列说法错误的是（ ）
A.化学电池是将化学能转化为电能的装置
B.化学电池中电解质溶液的作用是传递电子
C.碱性锌锰电池以锌作负极，KOH为电解质
D.铅蓄电他是一种二次电池，以PbO2作正极
3.利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后，溶液pH不断升高
A．①② B．①③ C．①④ D．③④
B
A
4.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：
C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+
C．放电过程中，H+从负极区向正极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4 L
A
5.“重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是（ ）
A.O2在b极得电子，最终被还原为CO32-
B.放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b
C.该电池工作时，CO32-经“交换膜2”移向b极
D.H2参与的电极反应为：H2-2e-+CO32- = H2O+CO2
C
6.电化学气敏传感器可用于检测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是（ ）
A. 工作时，溶液中OH-向电极a移动
B. a极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O
C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：5
D. O2在电极b上发生还原反应
C
7.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为：
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH．请回答下列问题：
（1）高铁电池的负极材料是 ，放电时负极的电极反应式为
。
（2）放电时，正极发生 ______ （填“氧化”或“还原”）反应；正极的电极反应式为 ．
放电时， ______ （填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强．
放电
充电
电子自动从负极材料离开，通过外电路流向正极，失去电子的锂离子也从石墨层间脱嵌而出
从负极脱嵌后的锂离子通过电解液及隔膜重新回到正极材料，结合通过外部电路到达正极的电子，形成比较稳定的嵌锂正极材料
正极：Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2
负极：LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+
锂离子脱嵌
锂离子嵌入
钴酸锂
嵌锂石墨
放电
新制作或放电后锂离子嵌在正极材料的层状结构中
开始充电后，在外加电场的作用下，正极材料失去电子，锂离子从正极材料中脱嵌而出
继续充电中，正极材料持续失去电子，锂离子也持续脱嵌，直至充电完成
阳极：LiCoO2－xe- ＝Li1-xCoO2+xLi+
锂离子脱嵌
钴酸锂
LiCoO2
阳极充电
锂离子通过电解液和隔膜，移动到负极石墨材料
锂离子嵌入石墨层中，同时电子通过外电路到达负极，形成相对稳定的嵌锂石墨，充电完成。
阴极： Cy+xe－+xLi+＝LixCy
充电：
嵌锂石墨
石墨
阴极充电
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