1.2.2化学电源(知识清单+分层练习)-高二化学同步精品课堂（苏教版2019选择性必修第一册）

1.2.2化学能与电能的转化 （化学电源）基础知识清单 1、 化学电源概述 1．化学电源的分类及特点 (1)化学电源的分类。 ①一次电池：也叫作干电池，常见的一次电池有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池。 ②二次电池：又称为充电电池或蓄电池，铅蓄电池是最常见的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。 ③燃料电池：氢氧燃料电池等。 (2)各类电池的特点。 ①一次电池：电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用，放电后不可再充电。 ②二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，可多次重复使用。 ③燃料电池：燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。 二、一次电池 1． 锌锰干电池 普通锌锰干电池制作简单、价格便宜，但存在放电时间短、放电后电压下降较快等缺点。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它的比能量[电池单位质量或单位体积所输出电能的多少，单位(W·h)/kg或(W·h)/L]大，能提供较大电流并连续放电。 普通锌锰电池 碱性锌锰干电池 装置 电极材料及电解质溶液 负极：锌筒 正极：石墨棒 氯化铵和氯化锌溶液 负极：锌粉 正极：二氧化锰 氢氧化钾溶液 电极反应 碱性锌锰干电池的总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 2.银锌纽扣电池的构造与工作原理 总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。 负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O。 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。 三、二次电池 二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称充电电池或蓄电池。 充、放电时各电极上发生的反应： 1．铅蓄电池的构造与工作原理 (1)放电时 负极：Pb，正极：PbO2，电解质溶液：H2SO4溶液。 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4。 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 (2)充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。 总反应方程式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 (3)铅蓄电池的优缺点。 ①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。 ②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 2．锂离子电池 常见锂离子电池的构造与工作原理 负极材料 正极材料 电解质溶液 嵌锂石墨(LixC6) 磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2) 锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液 装置与工作原理 (以钴酸锂-石墨锂电池为例) 放电：总反应：LixC6＋Li(1－x)CoO2===6C＋LiCoO2 负极反应：LixC6－xe－===6C＋xLi＋； 正极反应：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2； 放电时Li＋由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，得到电子生成Li重新嵌入石墨中，在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化 四、燃料电池 1．燃料电池 (1)利用燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂之间发生的氧化还原反应将化学能直接转换成电能的化学电池。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，能连续不断地提供电能。 2．氢氧燃料电池的工作原理 电极：惰性电极。燃料：H2 (1)碱性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)酸性电解质 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋； 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 3.电池特点。 ①能量转换率高，污染小。 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。 4、 燃料电池的电极反应式书写 1．O2参与的燃料电池正极反应式的书写 介质 正极反应式 酸性(质子交换膜) O2＋4H＋＋4e－===2H2O 碱性 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 能传导O2－的固体电解质(如Y2O) O2＋4e－===2O2－ 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3) O2＋2CO2＋4e－===2CO 特别提醒：电解质溶液中注意离子参与反应，如碱性环境，OH－参与；O2－环境