选修四 第四章 第二节 化学电源（23张）

(共23张PPT)
电化学基础
第二节
化学电源
化学电池是将化学能转变成电能的装置。
一次电池
二次电池
燃料电池
1.分类
（充电电池）
一、化学电池
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。
3.判断电池优劣的标准
(1)比能量:
(W·h)/kg或(W·h)/L
(2)比功率：
W/kg或W/L
(3)电池的储存时间的长短。
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，其质量好。
二、一次电池
1.锌锰电池（NH4Cl糊状物为电解质）
干电池：电解质溶液制成不流动胶状
负极：Zn-2e- ==Zn2+
正极：2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O
Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O
电池反应：
2.碱性锌-锰干电池
电解质：
KOH
负极：
Zn - 2e-+ 2OH- = Zn(OH)2
正极：
2MnO2+2H2O+2e- = 2MnOOH+2OH-
电池反应：
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
氢氧化氧锰
电解质溶液为 KOH溶液，
电极反应式为：
负极： Zn－2e－+ 2OH－==Zn(OH)2
正极：Ag2O + H2O +2e－==2Ag + 2OH－
总反应：Zn +Ag2O + H2O ==2Ag + Zn(OH)2
3. 锌银电池—纽扣电池
二、二次电池
负极： 正极： 电解质溶液：
1.铅蓄电池
负极：
正极：
放电
Pb + PbO2 + 2H2SO4 == 2PbSO4 + 2H2O
总反应：
Pb
PbO2
稀H2SO4
Pb+SO42--2e- ＝ PbSO4
PbO2+4H++SO42-+2e- ＝ PbSO4+2H2O
当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量为 。
0.5mol
阴极： PbSO4+2e- ＝ Pb+SO42-
阳极：PbSO4+2H2O-2e- ＝ PbO2+4H++SO42-
充电
2PbSO4 + 2H2O ==Pb + PbO2 + 2H2SO4
总反应：
铅蓄电池的充放电过程：
（非水有机溶剂电解液）
负极：2Li - 2e- = 2Li+
正极：I2 + 2e- = 2I-
总反应：2Li + I2 = 2LiI
跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？
与作负极材料的其它金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。
2.锂离子电池
1.(09广东高考)可用於电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为点解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，
正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
B．以NaOH溶液为电解液时，
负极反应为：Al＋3OH－－3e＝Al(OH)3
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中
电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
三、燃料电池
3.优点：能连续不断的提供电能。
2.特点：
电极本身只是催化转化元件，燃料和氧化剂连续地由外部供给。
1.定义：连续地将燃料和氧化剂的化学能转化成电能的化学电池。
电解液 H2O
2e
-
2e
-
氢气
氧气
H
+
OH
-
A
负极 正极
O2
H2
H2O
4.氢氧燃料电池
燃料：
氧化剂：
电解质：
电极：
H2
O2
酸或碱
Pt
（1）碱性介质——KOH
2H2 + 4OH- -4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
总反应式：2H2 + O2 =2H2O
负极：
正极：
（2）酸性介质——H2SO4
2H2 - 4e- = 4H+
O2 +4e- + 4H＋ = 2H2O
总反应式：2H2 +O2 = 2H2O
负极：
正极：
负极：CH4 + 10OH- - 8e-＝CO32- + 7H2O
正极：2O2 + 4H2O + 8e-＝8OH-
总反应： CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O
＋4价的C在碱性溶液中以CO32－形式存在，在酸性溶液中以CO2形式存在。
5.甲烷燃料电池
（电解质为KOH）
四. 化学电源电极反应式的书写
1.电极反应式的书写
普通锌锰电池
（1）负极失电子，考虑电解质
碱性锌锰电池
铅蓄电池
Pb+SO42--2e- ＝ PbSO4
Zn-2e- ==Zn2+
Zn - 2e-+ 2OH- = Zn(OH)2
（2）常见题型：给出总反应式写电极反应式
①写出简单的电极反应式
②总反应式-电极反应式
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，电流总反应式为：
Zn?s?＋2MnO2?s?＋H2O?l?＝Zn?OH?2?s?＋Mn2O3?s?
下列说法正确的是
A? 电池工作时，锌得到电子
B? 电池正极电极反应式为：
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? 外电路中每通过0?2 mol电子，锌的质量理论上减小6?5 g
√
√
2.市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为：
Li+2Li
下列说法不正确的是( )
A.放电时,负极的电极反应式:Li-e-===Li+
B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li+向负极移动
√
3.航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为
2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式为___________________。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为_____________________。
O2+4e-+4H+=2H2O
2H2-4e-+4OH-=4H2O
4. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，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 + 10 OH- － 8e- = CO32- + 7 H2O
③正极上是O2获得电子，电极反应式为：
O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH-
④电池放电后，溶液pH升高
A.①②③ B.①③④
C.①②④ D. ①②③④
A
（08宁夏高考）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是（ ）
A．CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-
B．O2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(1)
C．CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e-
D．O2(g)+2H2O(1)+4e-=4OH-
C
(2007年广东高考)科学家近年来研制出一种新型
细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，
氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池
负极反应为( )
(A)H2＋2OH－ ＝2H2O＋2e－
(B)O2＋4H＋＋4e－ ＝2H2O
(C)H2＝2H＋＋2e－
(D)O2＋2H2O＋4e－ ＝4OH－
C
(05广东高考)一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料说法正确的是 ( )
A、在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B、电池的总反应是：
2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O
C、通入空气的一极是正极，电极反应为：
O2 + 4e- = 2O2-
D、通入丁烷的一极是正极，电极反应为：
C4H10 + 26e- + 13O2 = 4CO2 + 5H2O
BC
(2009·上海单科)右图装置中,U型管内为红墨水,a?b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间?下列有关描述错误的是( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是: Fe-2e-===Fe2+ D.a试管中发生了吸氧腐蚀, b试管中发生了析氢腐蚀
B