高中化学选修四第四章化学电源

高中化学选修四第四章化学电源锂电池干电池叠层电池纽扣电池各类电池各类电池第2页,共47页，2024年2月25日，星期天化学电池的分类一次电池（干电池）：活性物质消耗到一定程度，就不能使用；二次电池（充电电池或蓄电池）：放电后可以再充电使活性物质获得再生；燃料电池：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。第3页,共47页，2024年2月25日，星期天化学电池优点（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。第4页,共47页，2024年2月25日，星期天判断电池优劣的标准

（１）比能量［符号(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[符号是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。第5页,共47页，2024年2月25日，星期天干电池碳棒(+)氯化铵MnO2锌皮(-)负极:Zn-2e-=Zn2+正极:2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑总反应:2Zn+4NH4Cl+4MnO2=2Mn2O3+[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+2H2O普通锌锰电池H2+2MnO2=Mn2O3+H2O4NH3+Zn2+=[Zn(NH3)4]2+一次电池：第6页,共47页，2024年2月25日，星期天电极:Zn为负极,碳棒为正极电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊。电极方程式：负极(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋总反应式:

正极(石墨)：2NH4++2e-

＝

2NH3+H2Zn+2NH4+=Zn2＋

+2NH3+H2第7页,共47页，2024年2月25日，星期天

二氧化锰的用途：填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液。第8页,共47页，2024年2月25日，星期天

随着用电器朝着小型化、多功能化发展的要求，对电池的发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。

体积小、性能好的碱性锌－锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。第9页,共47页，2024年2月25日，星期天锌粉和KOH的混合物MnO2金属外壳碱性锌锰电池第10页,共47页，2024年2月25日，星期天总反应：2MnO2＋2H2O＋Zn＝Zn(OH)2＋2MnOOH负极是Zn、正极是MnO2

、电解质是KOH正极：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－负极：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2改进后的优点：电流稳定，比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连续放电，不会气涨或漏液。第11页,共47页，2024年2月25日，星期天锌银电池正极：Ag2O+H2O+2e–=2Ag+2OH–总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

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，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。负极：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2

第12页,共47页，2024年2月25日，星期天锂电池锂电池：（-）Li（S）LiI（晶片）I2(+）

锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：

；正极：

。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S第13页,共47页，2024年2月25日，星期天

锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。锂电池的比能量高电压高，工作温度宽，可储存时间长。由于锂电池性能优异，广泛应用于军事和空间领域，民用领域以微小功率为主，例如用作电脑、手表、照相机、心脏起搏器等的电源。锂电池的特点及用途第14页,共47页，2024年2月25日，星期天铅蓄电池二次电池：第15页,共47页，2024年2月25日，星期天铅蓄电池（1）正负极材料。正极：PbO2负极：Pb电解质溶液：H2SO4(aq)第16页,共47页，2024年2月25日，星期天①放电过程Pb+SO42--2e-=PbSO4

正极：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

还原反应负极：

氧化反应②充电过程PbSO4+2e-=Pb+SO42-

还原反应阴极：阳极：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-

氧化反应接电源负极接电源正极Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)放电充电第17页,共47页，2024年2月25日，星期天缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……

随着信息技术的发展，特别是移动通信及笔记本电脑等的迅速发展，迫切需要小型化、供电方便、工作寿命长、自放电率低、记忆效率低、不需要维护的电池。第18页,共47页，2024年2月25日，星期天锌银蓄电池

充电放电正极填充Ag2O和石墨，负极填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

第19页,共47页，2024年2月25日，星期天此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2

正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-第20页,共47页，2024年2月25日，星期天镍—镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电A.Cd

（A

）B.

NiO(OH)

D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2电极反应：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2

正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-镉镍电池

特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。第21页,共47页，2024年2月25日，星期天氢镍电池电池反应：H2+2NiOOH=2Ni(OH)2

负极：H2+2OH--2e-=2H2O正极：2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-第22页,共47页，2024年2月25日，星期天燃料电池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。电池的电极本身不包含活性物质，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，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。有清洁、能量转换率高的特点。第23页,共47页，2024年2月25日，星期天燃料

O2

电解质溶液电极材料：多孔性镍、铂电解质溶液：KOH等强碱、H2SO4等强酸、NaCl等盐溶液1、燃料电池的构成常见燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等第24页,共47页，2024年2月25日，星期天e-e-H2O2负极:2H2-4e-=4H+正极:O2+4H++4e-=2H2O总反应:2H2+O2=2H2O电解质溶液为酸性:电解质溶液为碱性:负极:2H2+4OH--4e-=4H2O正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应:2H2+O2=2H2OAPt(-)Pt(+)氢氧燃料电池工作原理负极室正极室隔膜电解质溶液氢氧燃料电池第25页,共47页，2024年2月25日，星期天介质电池总反应：2H2+Ｏ２=2H2O

酸性负极正极中性负极

正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-氢氧燃料电池第26页,共47页，2024年2月25日，星期天

介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O

负极正极负极

正极2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

固体燃料电池第27页,共47页，2024年2月25日，星期天②再写正极反应：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－酸性①先写总反应：燃料在氧气中的燃烧燃料电池的电极反应的书写：若有CO2生成，且电解质为强碱时，考虑CO2+2OH—=CO32—+H2OO2＋4H+＋4e－＝2H2O碱性③最后写负极反应：总反应减去正极反应第28页,共47页，2024年2月25日，星期天大有发展前景的燃料电池

燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，远高于普通燃烧过程（30%

），有利于节约能源

。燃料电池排放的废弃物少得多，噪声也低。被人们誉为“绿色”发电站。

缺点：输出电压较低，一般需要串联，体积较大，又要不断供给反应物，排出生成物，附属设备较多。第29页,共47页，2024年2月25日，星期天减少污染节约资源第30页,共47页，2024年2月25日，星期天1、实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应： 负极：； 正极：

今若制得Cl20.050mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是：

A．0.025mol B．0.050mol

C．0.10

mol D．0.20molＣ

第31页,共47页，2024年2月25日，星期天2、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

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值不断增大

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是负极

C、D第32页,共47页，2024年2月25日，星期天３、在含有H2S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了Ag2S），为了除去银器表面Ag2S，可采用如下方法：

在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好．过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程．负极：Al-3e-=Al3+正极：Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S￪第33页,共47页，2024年2月25日，星期天４、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极燃气，制得在65℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO+2CO32-=4CO2+4e正极反应式：总反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2第34页,共47页，2024年2月25日，星期天5、1991年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20到50倍。运用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极反应。负极正极4Al-12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH-不活泼金属或碳Cu6、已知：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2利用这一反应，试设计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，然后填空：正极，电极反应负极，电极反应

2Fe3++2e=2Fe2+Cu-2e=Cu2+第35页,共47页，2024年2月25日，星期天7、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，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

2mol电子，锌的质量理论上减小6

5gC第36页,共47页，2024年2月25日，星期天8、将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应为___________________；通入氧气的一极为_______，电极反应为____________________________，总反应为__________________________。负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O第37页,共47页，2024年2月25日，星期天9、蓄电池在放电时是起原电池作用，充电时是起电解池作用，爱迪生电池分别在充电和放电时发生的反应为：

根据爱迪生蓄电池的原理作出的下列判断中错误的是（

）

①放电时，Fe为负极，NiO2为正极

②充电时阳极上的电极反应为：Ni(OH)2-2e-+2OH-=NiO2+2H2O

③放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动。

④蓄电池的电极必须浸在某种酸性溶液中

⑤蓄电池的电极必须浸在某种碱性溶液中

A.①和②B.只有④C.③和④D.③和⑤A第38页,共47页，2024年2月25日，星期天１0、下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述正确的是A．a电极是负极B．b电极的电极反应为：4OH-－4e－＝2H2O＋Ｏ2

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源AD第39页,共47页，2024年2月25日，星期天１1、据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH3OH+3O2+4OH—

2CO32—+6H2O，则下列说法错误的是Ａ．放电时CH3OH参与反应的电极为正极Ｂ．充电时电解质溶液的pH逐渐增大

Ｃ．放电时负极的电极反应为：CH3OH－6e－

＋8OH－

＝

CO32—+6H2OＤ．充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子

A第40页,共47页，2024年2月25日，星期天１2、如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子。电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应式为：2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O。下列说法中正确的是A．右边的电极为电池的负极，b处通入的是空气B．左边的电极为电池的负极，a处通入的是甲醇C．电池负极的反应式为：CH3OH+H2O－6e－=CO2+6H+D．电池的正极反应式为：O2+2H2O+4e－=4OH－BC第41页,共47页，2024年2月25日，星期天１3、将洁净的铁片和其它金属片A、B、C、D分别放在浸有NaCl溶液的滤纸上并压紧（如图所示）。在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下：

V玻璃板金属片滤纸铜片

金属指针移动方向电压①Fe(－)0.65②A(－)0.78③B(+)0.25④C(－)1.35⑤D(－)0.20请回答下列问题：⑴

在第①组组成的原电池中，一段时间后，铁片上出现了红褐色物质。请用电极反应方程式和化学反应方程式表示其产生红褐色物质的过程。

负极：2Fe－4e－

==2Fe2+

正极：O2+4e－

+2H2O==4OH－2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3

⑵A、B、C、D四种金属的金属性强弱顺序

，

金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。

C＞A＞D＞B⑶若滤纸改用NaOH溶液浸润，则在滤纸上能看到有蓝色物质析出的是

（填字母）金属。其对应的原电池的电极反应式为：负极

正极

B2Cu－

4e－

=2Cu2+O2+4e－

+2H2O==4OH－

B第42页,共47页，2024年2月25日，星期天１4、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和NaLi2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为燃气，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。下列说法正确的是（

）A.正极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-B.负极反应式：CO+CO32--2e-=2CO2C.燃料电池工作时CO32-

离子向正极迁移

D.燃料电池的总反应为2CO+O2=2CO2

BD第43页,共47页，2024年2月25日，星期天15、下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；（C）第44页,共47页，2024年2月25日，星期天１6、市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料