1、第2课时 发展中的化学电源 一、化学电源初步认识一、化学电源初步认识 1.1.化学电池的分类及其特点化学电池的分类及其特点 【情境情境思考思考】 电动车是我们日常生活中短途出行十分便利的交通工电动车是我们日常生活中短途出行十分便利的交通工 具具, ,它符合国家定的节能环保趋势它符合国家定的节能环保趋势, ,大大方便了短途交大大方便了短途交 通。电动车采用电池作为能量来源通。电动车采用电池作为能量来源, ,通过控制器、电通过控制器、电 机等部件机等部件, ,将电能转化为机械能运动将电能转化为机械能运动, ,以控制电流大小以控制电流大小 改变速度改变速度, ,电动车在充电后就可以使用电动车在充电后
2、就可以使用, ,用完电后用完电后, ,可可 继续充电使用。继续充电使用。 第一辆电动车于第一辆电动车于18811881年制造出来年制造出来, ,发发 明人为法国工程师古斯塔夫明人为法国工程师古斯塔夫特鲁夫。特鲁夫。 电动车的电池是一次电池还是二次电池电动车的电池是一次电池还是二次电池? ?为什么为什么? ? 提示提示: :电动车的电池可以连续充放电电动车的电池可以连续充放电, ,所以是二次电池。所以是二次电池。 2.2.化学电池的优点化学电池的优点 具有能量转换效率高具有能量转换效率高, ,供能稳定可靠供能稳定可靠, ,使用方便使用方便, ,易于易于 维护等优点。维护等优点。 3.3.判断电池
3、优劣的主要标准判断电池优劣的主要标准 (1)(1)比能量比能量: :单位质量或单位体积所能输出电能的多少。单位质量或单位体积所能输出电能的多少。 (2)(2)比功率比功率: :单位质量或单位体积所能输出功率的大小。单位质量或单位体积所能输出功率的大小。 (3)(3)电池的可储存时间的长短。电池的可储存时间的长短。 二、常见化学电源及工作原理二、常见化学电源及工作原理 1.1.一次电池一次电池锌锰干电池锌锰干电池 构造示意图构造示意图 工作原理工作原理 和正负极和正负极 _为负极为负极, ,发生氧化反应发生氧化反应; ; _为正极为正极, ,发生还原反应发生还原反应 特点特点 一次电池一次电池,
4、 ,放电后放电后_充电充电 便于携带便于携带, ,价格低价格低 若将电解质若将电解质NHNH4 4ClCl换成换成KOH,KOH,并在构造上并在构造上 改造改造, ,可以制成可以制成_锌锰电池锌锰电池 锌锌 石墨棒石墨棒 不能不能 碱性碱性 2.2.二次电池二次电池( (铅蓄电池、镍镉电池、锂电池铅蓄电池、镍镉电池、锂电池) ) (1)(1)特点特点: :又称又称_电池电池, ,它在放电时所进行的氧化还它在放电时所进行的氧化还 原反应原反应, ,在充电时可以逆向进行在充电时可以逆向进行, ,使电池恢复到放电前使电池恢复到放电前 的状态。的状态。 二次二次 (2)(2)实例实例: : 电池类型电
5、池类型 负极负极 正极正极 电解质电解质 铅蓄电池铅蓄电池 _ _ _ 镍镉电池镍镉电池 _ NiO(OH)NiO(OH) _ 锂离子电池锂离子电池 _ PbPb PbOPbO2 2 H H2 2SOSO4 4 CdCd KOHKOH LiLi (3)(3)工作原理工作原理( (铅蓄电池铅蓄电池) ) 【想一想想一想】铅蓄电池放电时铅蓄电池放电时, ,负极、正极的质量如何变负极、正极的质量如何变 化化? ?铅蓄电池电解质溶液的密度如何改变铅蓄电池电解质溶液的密度如何改变? ? 提示提示: :均增加。负极铅、正极二氧化铅均生成硫酸铅均增加。负极铅、正极二氧化铅均生成硫酸铅, , 质量增加。硫酸不
6、断被消耗质量增加。硫酸不断被消耗, ,浓度降低浓度降低, ,密度减小。密度减小。 3.3.优缺点优缺点 (1)(1)优点优点: :性能优良、价格低廉、安全可靠性能优良、价格低廉、安全可靠, ,可多次充可多次充 放电放电; ;生产生活中使用广泛。生产生活中使用广泛。 (2)(2)缺点缺点: :能量低能量低, ,废弃电池污染环境。废弃电池污染环境。 4.4.镍镉电池镍镉电池 以以CdCd为负极为负极,NiO(OH),NiO(OH)为正极为正极, ,以以KOHKOH为电解质为电解质, ,寿命比寿命比 铅蓄电池长铅蓄电池长, ,但镉是有毒重金属但镉是有毒重金属, ,废弃的镍镉电池如不废弃的镍镉电池如不
7、 回收回收, ,会严重污染环境。会严重污染环境。 5.5.锂离子电池锂离子电池 碱金属中的碱金属中的LiLi是最轻的金属是最轻的金属, ,活动性极强活动性极强, ,是制造电池是制造电池 的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。 三、燃料电池三、燃料电池 1.1.构造示意图构造示意图 2.2.特点特点: :燃料气体和燃料气体和_分别在两个电极上反应将化分别在两个电极上反应将化 学能转化为电能。学能转化为电能。 氧气氧气 3.3.实例实例 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 甲烷燃料电池甲烷燃料电池 负极负极 _失电子失电子 _失电子失电子 正极正极
8、_得电子得电子 电解质电解质 氢氧化钾或硫酸氢氧化钾或硫酸 氢气氢气 甲烷甲烷 氧气氧气 【做一做做一做】(1)(1)氢氧燃料电池以氢氧燃料电池以KOHKOH溶液作电解质溶液溶液作电解质溶液 时时, ,工作一段时间后工作一段时间后, ,电解质溶液的浓度将电解质溶液的浓度将_,_,溶液溶液 的的pH_pH_。( (填“减小”“增大”或“不变”填“减小”“增大”或“不变”) ) (2)(2)氢氧燃料电池以氢氧燃料电池以H H2 2SOSO4 4溶液作电解质溶液时溶液作电解质溶液时, ,工作一工作一 段时间后段时间后, ,电解质溶液的浓度将电解质溶液的浓度将_,_,溶液的溶液的pH_pH_。 ( (
9、填“减小”“增大”或“不变”填“减小”“增大”或“不变”) ) 减小减小 减小减小 减小减小 增大增大 知识点知识点 新型化学电源新型化学电源 电极反应式的书写方法电极反应式的书写方法 1.1.电极反应式书写的一般步骤电极反应式书写的一般步骤( (类似氧化还原反应方程类似氧化还原反应方程 式的书写式的书写) ) 2.2.可充电电池电极反应式的书写方法可充电电池电极反应式的书写方法 (1)(1)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目, ,指指 出参与负极和正极反应的物质。出参与负极和正极反应的物质。 (2)(2)写出一个比较容易书写的电极反应式写出一个比
10、较容易书写的电极反应式( (书写时一定书写时一定 要注意电极产物是否与电解质溶液共存要注意电极产物是否与电解质溶液共存) )。 (3)(3)在电子守恒的基础上在电子守恒的基础上, ,总反应式减去写出的电极反总反应式减去写出的电极反 应式即得另一电极反应式。应式即得另一电极反应式。 3.3.燃料电池负极反应式的书写燃料电池负极反应式的书写 (1)(1)书写步骤书写步骤 依据电解质溶液确定产物依据电解质溶液确定产物 配平除“配平除“H”“O”H”“O”元素之外的其他元素元素之外的其他元素 确定得失电子数目确定得失电子数目 用“用“H H+ +”(”(或或OHOH- -或或C C 或或O O2 2-
11、 -) )配平电荷守恒配平电荷守恒 补“补“H H2 2O”O”配平“配平“H”H”元素守恒元素守恒 最后用“最后用“O”O”检查是否正确。检查是否正确。 2 3 O (2)(2)熟记“熟记“2”2”种环境正极反应式的书写种环境正极反应式的书写 酸性电解质溶液环境下电极反应式酸性电解质溶液环境下电极反应式: : O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O;O; 碱性电解质溶液环境下电极反应式碱性电解质溶液环境下电极反应式: : O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -。 4.4.常见化学电源电极反应式常见化学电源电极反应式 5.5.书写
12、复杂电极反应式的方法书写复杂电极反应式的方法加减法加减法 (1)(1)写出总反应。如写出总反应。如Li+LiMnLi+LiMn2 2O O4 4=Li=Li2 2MnMn2 2O O4 4。 (2)(2)写出其中容易写出的一个半反应写出其中容易写出的一个半反应( (正极或负极正极或负极) )。 如如LiLi- -e e- -=Li=Li+ +( (负极负极) )。 (3)(3)利用总反应与上述的一极反应相减利用总反应与上述的一极反应相减, ,即得另一个电即得另一个电 极的反应式极的反应式, ,即即LiMnLiMn2 2O O4 4+Li+Li+ +e+e- -=Li=Li2 2MnMn2 2O
13、 O4 4( (正极正极) )。 【易错提醒易错提醒】微观探析微观探析电极反应式书写的注意事电极反应式书写的注意事 项项 (1)(1)书写电极反应式应注意电解质溶液的酸碱性。书写电极反应式应注意电解质溶液的酸碱性。 (2)(2)两电极反应中得失电子数相等。两电极反应中得失电子数相等。 (3)(3)原电池的电极反应式都是离子方程式原电池的电极反应式都是离子方程式, ,原电池反应原电池反应 式一般由正极和负极的电极反应式相加而成式一般由正极和负极的电极反应式相加而成, ,书写时要书写时要 遵循离子方程式的书写规则遵循离子方程式的书写规则, ,若电解质为弱电解质若电解质为弱电解质, ,相相 加后要把
14、离子改为相应弱电解质的化学式。加后要把离子改为相应弱电解质的化学式。 【知识拓展知识拓展】燃料电池正极电极反应式的四种情况燃料电池正极电极反应式的四种情况 (1)(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式酸性电解质溶液环境下电极反应式: : O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O。 (2)(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式碱性电解质溶液环境下电极反应式: : O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -。 (3)(3)固体电解质固体电解质( (高温下能传导高温下能传导O O2 2- -) )环境下电极反应式环境下电极反应式: : O O
15、2 2+4e+4e- -=2O=2O2 2- -。 (4)(4)熔融碳酸盐熔融碳酸盐( (如熔融如熔融K K2 2COCO3 3) )环境下电极反应式环境下电极反应式: : O O2 2+2CO+2CO2 2+4e+4e- -=2C =2C 。 2 3 O 【思考思考讨论讨论】 (1)(1)镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行: : Cd+2NiO(OH)+2HCd+2NiO(OH)+2H2 2O Cd(OH)O Cd(OH)2 2+2Ni(OH)+2Ni(OH)2 2, ,负极反应式负极反应式 是什么是什么? ? 提示提示: :Cd+2OHCd+2OH
16、- - -2e2e- -=Cd(OH)Cd(OH)2 2。 (2)(2)碱性锌锰电池总反应为碱性锌锰电池总反应为Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O= O= 2MnOOH+Zn(OH)2MnOOH+Zn(OH)2 2, ,则其正极反应式是什么则其正极反应式是什么? ? 提示提示: :首先写出负极电极反应式首先写出负极电极反应式,Zn+2OH,Zn+2OH- - -2e2e- -= = Zn(OH)Zn(OH)2 2, ,再用总方程式减去负极反应式即得正极反应再用总方程式减去负极反应式即得正极反应 式式:2MnO:2MnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=2MnO
17、OH+2OH2MnOOH+2OH- -。 【案例示范案例示范】 【典例典例】心脏起搏器是一种植入体内的电子治疗仪器心脏起搏器是一种植入体内的电子治疗仪器, , 通过脉冲发生器发放由电池提供能量的电脉冲通过脉冲发生器发放由电池提供能量的电脉冲, ,通过导通过导 线电极的传导线电极的传导, ,刺激电极所接触的心肌刺激电极所接触的心肌, ,使心脏激动和使心脏激动和 收缩收缩, ,从而达到治疗由于某些心律失常所致的心脏功能从而达到治疗由于某些心律失常所致的心脏功能 障碍的目的。有人设计以铂和锌为电极材料障碍的目的。有人设计以铂和锌为电极材料, ,植入人体植入人体 做某种心脏病人的心脏起搏器的能源做某种
18、心脏病人的心脏起搏器的能源, ,它依靠人体血液它依靠人体血液 中有一定浓度的中有一定浓度的O O2 2和和H H2 2O O进行工作。进行工作。 (1)(1)该电池负极材料是该电池负极材料是_,_,电极反应为电极反应为_。 (2)(2)该电池正极材料是该电池正极材料是_,_,电极反应为电极反应为_。 【解题指南解题指南】解答本题注意以下两点解答本题注意以下两点: : (1)(1)利用原电池原理分析正负极的变化。利用原电池原理分析正负极的变化。 (2)(2)熟记氧气参与的正极电极反应式。熟记氧气参与的正极电极反应式。 【解析解析】以铂和锌为电极材料以铂和锌为电极材料, ,植入人体做某种心脏病植入
19、人体做某种心脏病 人的心脏起搏器的能源人的心脏起搏器的能源, ,正极是铂正极是铂, ,负极是锌负极是锌, ,电解质溶电解质溶 液是人体血液液是人体血液, ,工作时工作时, ,负极锌被氧化负极锌被氧化, ,血液中的血液中的O O2 2得到得到 电子被还原。正极的反应为电子被还原。正极的反应为O O2 2+4e+4e- -+2H+2H2 2O=4OHO=4OH- -; ;负极负极 的反应为的反应为2Zn2Zn- -4e4e- -=2Zn2Zn2+ 2+。 。 答案答案: :(1)(1)锌锌 2Zn2Zn- -4e4e- -=2Zn=2Zn2+ 2+ (2)(2)铂铂 O O2 2+2H+2H2 2
20、O+4eO+4e- -=4OH=4OH- - 【知识拓展知识拓展】从电极反应认识化学电池类型从电极反应认识化学电池类型 (1)(1)活泼金属作负极活泼金属作负极, ,被腐蚀或消耗被腐蚀或消耗, ,发生氧化反应发生氧化反应, ,如如 锌锰干电池。锌锰干电池。 (2)(2)两电极都参加反应两电极都参加反应, ,如铅蓄电池。如铅蓄电池。 (3)(3)两电极均为惰性电极两电极均为惰性电极, ,电极本身不发生反应电极本身不发生反应, ,而是由而是由 引入两极上的物质发生反应引入两极上的物质发生反应, ,如燃料电池。如燃料电池。 【知识知识巩固巩固】 1.(20191.(2019淄博高一检测淄博高一检测)
21、 )因为锌电池容量更大因为锌电池容量更大, ,而且没而且没 有铅污染有铅污染, ,锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池。锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池。 锌电池的反应为锌电池的反应为2Zn+O2Zn+O2 2=2ZnO,=2ZnO,原料为锌粒、电解质原料为锌粒、电解质 和空气和空气, ,则下列叙述正确的是则下列叙述正确的是 ( ( ) ) A.A.锌为正极锌为正极, ,空气进入负极反应空气进入负极反应 B.B.负极反应为负极反应为ZnZn- -2e2e- -=Zn=Zn2+ 2+ C.C.正极发生氧化反应正极发生氧化反应 D.D.电解质溶液肯定是强酸电解质溶液肯定是强酸 【解析解析】选选
22、B B。ZnZn与与O O2 2的反应中的反应中,Zn,Zn失去电子发生氧化失去电子发生氧化 反应反应:Zn:Zn- -2e2e- -=Zn=Zn2+ 2+, ,所以 所以ZnZn作负极作负极,O,O2 2在正极发生还在正极发生还 原反应。若电解质溶液是强酸原反应。若电解质溶液是强酸, ,电池反应就不是电池反应就不是 2Zn+O2Zn+O2 2=2ZnO2ZnO而是而是Zn+2HZn+2H+ +=ZnZn2+ 2+H +H2 2,故选项故选项B B正确。正确。 2.2.铅酸蓄电池自铅酸蓄电池自18591859年由普兰特发明以来年由普兰特发明以来, ,至今已有至今已有 160160年的历史年的历
23、史, ,技术十分成熟技术十分成熟, ,是全球上使用最广泛的是全球上使用最广泛的 化学电源。汽车的启动电源常用铅蓄电池化学电源。汽车的启动电源常用铅蓄电池, ,其放电时其放电时 的原电池反应如下的原电池反应如下:PbO:PbO2 2+Pb+2H+Pb+2H2 2SOSO4 4=2PbSO=2PbSO4 4+2H+2H2 2O,O, 根据此反应判断根据此反应判断, ,下列叙述中正确的是下列叙述中正确的是 世纪金榜导世纪金榜导 学号学号( ( ) ) A.PbA.Pb是正极是正极 B.PbOB.PbO2 2得电子得电子, ,被氧化被氧化 C.C.负极反应是负极反应是Pb+S Pb+S - -2e2e
24、- -=PbSO=PbSO4 4 D.D.电池放电时电池放电时, ,溶液的酸性增强溶液的酸性增强 2 4 O 【解析解析】选选C C。从铅蓄电池的放电反应可以看出。从铅蓄电池的放电反应可以看出: :放电放电 过程中过程中PbPb失去电子变为失去电子变为PbPb2+ 2+, ,发生氧化反应 发生氧化反应, ,因而因而PbPb是负是负 极极;PbO;PbO2 2得到电子发生还原反应得到电子发生还原反应, ,被还原被还原; ;反应过程中消反应过程中消 耗了耗了H H2 2SOSO4 4, ,使溶液的酸性减弱。使溶液的酸性减弱。 3.3.锌银电池可做成原电池、蓄电池等不同形式锌银电池可做成原电池、蓄电
25、池等不同形式, ,其外形其外形 常见有矩形、圆柱形和纽扣形三种常见有矩形、圆柱形和纽扣形三种( (图图1),1),锌银电池也锌银电池也 可以制成可充电的二次电池组可以制成可充电的二次电池组, ,这种电池有短时间提供这种电池有短时间提供 的电流放电的能力的电流放电的能力( (图图2),2),其基本构造及工作原理如图其基本构造及工作原理如图, , 总反应式为总反应式为Zn+AgZn+Ag2 2O+HO+H2 2O=Zn(OH)O=Zn(OH)2 2+2Ag+2Ag。 (1)(1)负极反应式为负极反应式为_。 (2)(2)正极反应式为正极反应式为_。 【解析解析】ZnZn在负极失电子生成在负极失电子生成Zn(OH)Zn(OH)2 2, ,总反应式减去总反应式减去 负极反应得正极反应式。负极反应得正极反应式。 答案答案: :(1)Zn+2OH(1)Zn+2OH- - -2e2e- -=Zn(OH)=Zn(OH)2 2 (2)Ag(2)Ag2 2O+2eO+2e- -+H+H2 2O=2Ag+2OHO=2Ag+2OH- - 【课堂回眸课堂回眸】
