1、第四章第四章 电化学基础电化学基础 第二节第二节 化学电源化学电源 发明电池的故事发明电池的故事 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的 物理学家。物理学家。 有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解有一天，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，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。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，实际他用许多只活青蛙反复实验，终于发现，实际 情况并不
2、像加伐尼所说的那样，而是两种不同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。决定更深入地了解电的来源。 发明电池的故事发明电池的故事 一天，他拿出一块锡片和一枚银币，把这两种一天，他拿出一块锡片和一枚银币，把这两种 金属放在自己的舌头上，然后叫助手将金属导线把金属放在自己的舌头上，然后叫助手将金属导线把 它们连接起来，刹时，他感到满嘴的酸味儿。它们连接起来，刹时，他感到满嘴的酸味儿。 接着，他将银币和锡片交换
3、了位置，当助手将接着，他将银币和锡片交换了位置，当助手将 金属导线接通的一瞬间，伏特感到满嘴的咸味。金属导线接通的一瞬间，伏特感到满嘴的咸味。 这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能 产生电流。伏特想，只要能把这种电流引出来，就产生电流。伏特想，只要能把这种电流引出来，就 能大有作用。能大有作用。 伏特经过反复实验，终于发明了被后人称做伏特经过反复实验，终于发明了被后人称做 “伏特电堆”的电池，这就是在铜板和锌板中间夹“伏特电堆”的电池，这就是在铜板和锌板中间夹 上卡纸和用盐水浸过的布片，一层一层堆起来的蓄上卡纸和用盐水浸过的布片，一层一层堆起来的蓄
4、电池。这种电池，今天仍然在使用着电池。这种电池，今天仍然在使用着 为了纪念他的贡献，人们为了纪念他的贡献，人们把电把电 压的计量单位叫做伏特，简称伏，压的计量单位叫做伏特，简称伏， 符号符号V V。比如我们手电筒里的电池的。比如我们手电筒里的电池的 电压是电压是1.51.5伏特，我们家里的电灯的伏特，我们家里的电灯的 电压是电压是220220伏特。伏特。 学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知 道电池的其它应用吗？道电池的其它应用吗？ 电池电池 化学电池化学电池 太阳能电池太阳能电池 原子能电池原子能电池 将化学能转换成电能的装置将化学能转
5、换成电能的装置 将太阳能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置 将放射性同位素自然衰变时产生的热将放射性同位素自然衰变时产生的热 能通过热能转换器转变为电能的装置能通过热能转换器转变为电能的装置 、化学电池分类、化学电池分类 化学电池化学电池 一次电池一次电池 二次电池二次电池 燃料电池燃料电池 定义定义 例子例子 电池中的反应物质电池中的反应物质 进行一次氧化还原进行一次氧化还原 反应并放电之后，反应并放电之后， 就不能再次利用就不能再次利用 又称充电电池或又称充电电池或蓄电池蓄电池 在放电后经充电可使电在放电后经充电可使电 池中的活性物质获得重池中的活性物质获得重 生，恢复工作能力，可生
6、，恢复工作能力，可 多次重复使用多次重复使用 是一种连续地将燃料和是一种连续地将燃料和 氧化剂的化学能直接转氧化剂的化学能直接转 化成电能的化学电源，化成电能的化学电源， 又称连续电池又称连续电池 干电池：干电池： 电池中的电池中的 电解质溶液制成胶电解质溶液制成胶 体，不流动，故称体，不流动，故称 干电池干电池 铅蓄电池、铅蓄电池、 锌银蓄电池、锌银蓄电池、 镍镉镍镉电池、电池、 锂离子电池锂离子电池 氢气、甲醇、天然气、氢气、甲醇、天然气、 煤气与氧气组成燃料煤气与氧气组成燃料 电池。电池。 如：普通锌锰电池、如：普通锌锰电池、 碱性锌锰电池、锌碱性锌锰电池、锌 银纽扣电池银纽扣电池 一、
7、化学电池一、化学电池 小型高性能小型高性能 燃料电池燃料电池 、化学电池优点、化学电池优点 （）能量转换效率高，供能稳定可靠。（）能量转换效率高，供能稳定可靠。 （）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的（）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。电池和电池组，使用方便。 （）易维护，可在各种环境下工作。（）易维护，可在各种环境下工作。 、判断电池优劣的标准判断电池优劣的标准 （）比能量（）比能量 符号符号(A h/kg)，(A h/L) 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 （）（）比功率比功率 符号是符号是W/kg
8、，W/L) 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 （3）电池的储存时间的长短）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、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。功率大、储存时间长的电池，其质量好。 二、一次电池二、一次电池 普通锌锰干电池：普通锌锰干电池：活性物质为活性物质为NHNH4 4ClCl和淀粉糊作电解和淀粉糊作电解 质，还填有质，还填有MnOMnO2 2 和炭黑。电极反应式：和炭黑。电极反应式： 负负 极：极：Zn Zn - - 2e2e ZnZn2+ 2+ 正正 极：极：2
9、NH2NH4 4+ + + 2e+ 2e +2MnO +2MnO2 2 MnMn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3 H H2 2O O 总反应：总反应：Zn + 2NHZn + 2NH4 4+ + +2MnO+2MnO2 2 ZnZn2+ 2+ +Mn +Mn2 2O O3 3+ 2NH+ 2NH3 3 H H2 2O O 优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。 碱性锌锰干电池：碱性锌锰干电池：活性物质为活性物质为KOHKOH和淀粉糊作电解质，还填和淀粉糊作电解质，还填 有有MnOMnO2 2 和炭黑。电极反
10、应式：和炭黑。电极反应式： 负负 极：极：Zn Zn - - 2e2e + 2OH + 2OH- - Zn(OH)Zn(OH)2 2 正正 极：极：2MnO2MnO2 2 + 2e+ 2e + 2H + 2H2 2O O 2MnOOH + 2OH2MnOOH + 2OH- - 总反应：总反应：Zn + 2MnOZn + 2MnO2 2 + 2H+ 2H2 2O O 2MnOOH + Zn(OH)2MnOOH + Zn(OH)2 2 优点：优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，电流稳定，放电容量、时间增大几倍， 不会气涨或漏液。不会气涨或漏液。 缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
11、。多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。 银锌电池银锌电池 总反应式总反应式: : ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2 电极反应式 电极反应式: 负极负极: Zn2OH-2e-Zn(OH)2 正极正极: Ag2OH2O2e-2Ag2OH- 电解液电解液: KOH溶液溶液 这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适 宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电 子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。 锂电池锂电池 锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li(Li-
12、-SOClSOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S 负极：负极： ；正极：；正极： 。 用途：质轻、高能用途：质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳定电压、工、高工作效率、高稳定电压、工 作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。 8Li8Li- -8e8e- -=8Li=8Li+ + 3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32 2- -+2S+2S 三、二次电池三、二次电池 铅蓄电池：铅
13、蓄电池：其电池反应可以正向和逆向进行蓄其电池反应可以正向和逆向进行蓄 电池放电时为自发电池，充电时为电解池充电电池放电时为自发电池，充电时为电解池充电 后电池容量得到恢复，充放电次数可达千百次后电池容量得到恢复，充放电次数可达千百次 。 放电时电极反应式：放电时电极反应式： 负负 极：极：PbPb + + SOSO4 42 2- - - -2 2e e- -PbSOPbSO4 4 正正 极：极：PbOPbO2 2 + + 4 4H H+ + + + SOSO4 42 2- - + + 2 2e e- -PbSOPbSO4 4 + + 2 2H H2 2O O 总反应：总反应：PbPb + +
14、PbOPbO2 2 + + 2 2H H2 2SOSO4 42 2PbSOPbSO4 4 + + 2 2H H2 2O O 充电充电时电极反应式与放电时电极反应式相反时电极反应式与放电时电极反应式相反， 所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：所以可以把上述反应写成一个可逆反应式： PbPb + + PbOPbO2 2 + + 2 2H H2 2SOSO4 4 2 2PbSO PbSO4 4 + + 2 2H H2 2O O 放电放电 充电充电 优点：优点： 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、 价格低廉。价格低廉。 缺点：缺点： 比能量低、笨重、
15、废弃电池污染环境。比能量低、笨重、废弃电池污染环境。 四、燃料电池四、燃料电池 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转 换成电能的化学电池。换成电能的化学电池。电池的电极本身不电池的电极本身不 包含活性物质，只是一个催化转化元件。包含活性物质，只是一个催化转化元件。 工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给， 在电极上不断地进行反应，生成物不断地在电极上不断地进行反应，生成物不断地 被排除，于是电池就连续不断地提供电能。被排除，于是电池就连续不断地提供电能。 清洁、能量转换率高的特点。清洁、能量转换率高的特点。 燃料电池燃料电
16、池 氢氧燃料电池：氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电一种高效低污染的新型电 池。池。 负负 极：极：2 2H H2 2 - - 4 4e e- -4 4H H+ + 正正 极：极：O O2 2 + + 4 4H H+ + + + 4 4e e- -2 2H H2 2O O 总反应：总反应：2 2H H2 2 + + O O2 22 2H H2 2O O 酸性电解质：酸性电解质： 碱性电解质碱性电解质: : 负负 极极: 2H: 2H2 2- - 4e4e- -+ 4OH+ 4OH- - =4H=4H2 2O O 正正 极极: O: O2 2+ 2H+ 2H2 2O+ 4eO+ 4e- - =
17、 4OH= 4OH- - 总反应总反应: 2H: 2H2 2+ O+ O2 2 = 2H = 2H2 2O O 中性电解质中性电解质: : 负负 极极: 2H: 2H2 2- - 4e4e- - =4H=4H+ + 正正 极极: O: O2 2+ 2H+ 2H2 2O+ 4eO+ 4e- - = 4OH= 4OH- - 总反应总反应: 2H: 2H2 2+ O+ O2 2 = 2H = 2H2 2O O 电解质溶液：电解质溶液：KOHKOH 负极：负极： CHCH4 4+10 OH+10 OH- -8e8e- - = CO= CO3 32 2- -+7H+7H2 2O O 正极：正极： 2O2
18、O2 2 + 4H+ 4H2 2O + 8eO + 8e- - = 8OH= 8OH- - 甲烷燃料电池。甲烷燃料电池。 CHCH4 4 +2O+2O2 2+2OH+2OH- - = CO= CO3 32 2- - + 2H+ 2H2 2O O 甲醇燃料电池甲醇燃料电池 2CH2CH3 3OH+4OHOH+4OH- -+3O+3O2 2=2CO=2CO3 32 2- -+6H+6H2 2O O 电解质溶液：电解质溶液：KOHKOH 正极：正极： 3O3O2 2 + 6H+ 6H2 2O + 12eO + 12e- - = 12OH= 12OH- - 负极：负极： 2CH2CH3 3OH+16O
19、HOH+16OH- - 12e12e- - =2CO=2CO3 32 2- -+12H+12H2 2O O 五、书写电极反应式应注意以下几点：五、书写电极反应式应注意以下几点： 1确定原电池的正负极，弄清正负极上发生确定原电池的正负极，弄清正负极上发生 反应的物质；反应的物质； 2.电极反应是一种离子反应，遵循书写离子电极反应是一种离子反应，遵循书写离子 反应的所有规则；反应的所有规则； 3将两极反应的电子得失数配平后，相加得将两极反应的电子得失数配平后，相加得 到总反应，总反应减去一极反应即得到另一到总反应，总反应减去一极反应即得到另一 极反应；极反应； 4.负极失电子所得氧化产物和正极得电子所负极失电子所得氧化产物和正极得电子所 得还原产物，与溶液的酸碱性有关得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如如4价价 的的C在在酸性溶液中以酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性形式存在，在碱性 溶液中以溶液中以CO32-形式存在形式存在)； 5.溶液中不存在溶液中不存在O2- ：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H 结合成结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结、在碱性或中性溶液中它与水结 合成合成OH-。 减减 少少 污污 染染 节节 约约 资资 源源
