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《化学电源》课件(苏教版选修4)


化学电源
空气电池

锂电池

银锌电池

锌汞电池

1. 银锌电池
一般用不锈钢制成小圆盒形,圆盒由正 极壳和负极壳组成,形似钮扣(俗称钮 扣电池)。盒内正极壳一端填充由氧化 银和石墨组成的正极活性材料,负极盖 一端填充锌汞合金组成的负极活性材料, 电解质溶液为KOH浓溶液



电极反应式如下: 负极:Zn + 2OH- -2e- === ZnO + H2O 正极:Ag2O + H2O + 2e- === 2Ag + 2OH电池的总反应式为: Ag2O + Zn ====== 2Ag + ZnO 电池的电压一般为1.59V,使用寿命较长。

干电池

上图是锌-锰干电池

2. 干电池---普通锌锰电池
干电池用锌制筒形外壳作负极,位于中央的 顶盖上有铜帽的石墨棒作正极,在石墨棒的 周围由内向外依次是A:二氧化锰粉末(黑 色)------用于吸收在正极上生成的氢气 (以防止产生极化现象);B:用饱和了氯 化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。

电极反应式为: 负极(锌筒):Zn – 2e- === Zn2+ 正极(石墨):2NH4+ + 2e - === 2NH3 + H2 H2 + 2MnO2 === Mn2O3 + H2O 总反应:Zn + 2NH4+ + 2MnO2 === Zn2+ + 2NH3 + Mn2O3 + H2O 干电池的电压大约为1.5V,不能充电再生。

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。

新型燃料电池

燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质 全部贮藏在电池内,而是在工作时,不断 从外界输入,同时将电极反应产物不断排 出电池

3. 氢氧燃料电池 这是一种高效、低污染的新型电池,主要用 于航天领域。其电极材料一般为活化电极, 具有很强的催化活性,如铂电极、活性碳电 极等。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。

电极反应式如下: 负极:2H2 + 4OH- -4e- === 4H2O 正极:O2 + 2H2O + 4e- === 4OH总反应式:2H2 + O2 === 2H2O

使用氢氧燃料电池动力的法国产标致TAXI

例1: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 2H 酸,其负极反应可表示为, 2-4e-=4H+ 则其 O2+4e-+4H+=2H2O 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 2H2-4e-+4OH-=4H2O ____________ ________。

例2:氢气是燃料电池最简单的燃料,虽然 使用方便,却受到价格和来源的限制。常用 的燃料往往是某些碳氢化合物,如:甲烷、 汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构 成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式: a b CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O , 此时电池内总的反应式 :

CH4+2O2+2KOH= K2CO3+3H2O

H2 O
CH4


O2 KOH溶液

铅蓄电池

4. 铅蓄电池
铅蓄电池可放电也可以充电,一般用硬橡胶 或透明塑料制成长方形外壳(防止酸液的泄 漏);设有多层电极板,其中正极板上有一 层棕褐色的二氧化铅,负极是海绵状的金属 铅,正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板 隔开(以防止电极之间发生短路);两极均 浸入到硫酸溶液中。

放电时为原电池,其电极反应如下: 负极:Pb + SO42- - 2e - === PbSO4 正极:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e - === PbSO4 + 2H2O 总反应式为:Pb + PbO2 + 2H2SO4 ====== 2PbSO4 + 2H2O 当放电进行时,硫酸溶液的的浓度将不断降 低,当溶液的密度降到1.18g/ml 时应停止使 用进行充电,充电时为电解池,

5. 碱性蓄电池
这类电池一般寿命比铅酸蓄电池长很多,且 拾携带很方便。 Ni-Cd电池:Cd + 2NiO(OH) + 2H2O ====== 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 Ni-Fe电池:Fe + 2NiO(OH) + 2H2O ====== 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2

( 碱性可充电电池及简易充电座)

锂电池

使用锂电源的手机与手提电脑

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。

6. 微型锂电池
常用于心脏起搏器、手机的一种微型电池, 一般用金属锂作负极,石墨作正极,电解质 溶液为溶有四氯化铝锂(LiAlCl4 )的亚硫 酸氯(SOCl2 )。电池的总反应式如下: 8Li + 3SOCl2 ====== 6LiCl + Li2SO3 + 2S 这种电池的容量大,电压稳定,能在56.70C--- +71.10C的大范围温差内正常工作

日本产海水电池 以海水电池为能源的航海标志灯

7. 海水电池

1991年,我国科学家首创以铝---空气---海 水为材料组成的新型电池,用作航海标志灯。 该电池以取之不尽的海水为电解质,靠空气 中的氧气使铝不断氧化而产生电流。

其电极反应式如下: 负极:4Al – 12e- === 4Al3+ 正极:3O2 + 6H2O + 12e- === 12OH总反应式为:4Al + 3O2 + 6H2O === 4Al(OH)3 这种电池的能量比普通干电池高20---50倍!

8. 熔融盐燃料电池
这是一种具有极高发电效率的大功率化学电 池,在加拿大等少数发达国家己接近民用工 业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同, 有多个不同的品种,如天然气、CO、---熔融 碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等,一般要在一 定的高温下(确保盐处于熔化状态)才能工 作。

下面以CO---Li2CO3 + Na2CO3---空气与CO2型 电池为例加以说明: 总反应式为:2CO + O2 === 2CO2 该电池的工作温度一般为6500C 负极反应式:2CO + 2CO32- -4e- === 4CO2 正极反应式:O2 + 2CO2 + 4e- === 2CO32-

例3. 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Na2CO3的熔融盐混 合物用电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混 合气为阴极助燃气,制得在6500℃下工作的燃 料电池,完成有关的电池反应式: 2CO+2CO32--4e- =4CO2 负极反应式: 正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32总电池反式: 2CO+O2=2CO2

小结
(1)负氧正还。 (2)要注意溶液的酸碱性,适当的在电极 方程式两边添加H+ 、OH— 、H2O,以遵循电荷 守恒和质量守恒。 (3)要注意电极反应产物是否与电解质溶 液发生反应。

原电池电极反应式的书写注意事项:


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