6.1.3 化学电源（讲义）-2023-2024学年高一化学同步精讲讲义（人教版2019必修第二册）

6.1.3化学电源 【学习目标】 1、知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点、组成和工作原理 2、会正确书写燃料电池的电极反应 【主干知识梳理】 一、常见的化学电源 1、化学电源的概念：将化学能转化为电能的装置 2、化学电源的分类：一次电池、二次电池、燃料电池 (1)一次电池：一次电池的特点是活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗一定程度后，就不能再重复使用。即：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。常见的一次电池有锌锰干电池、锌银电池 ①酸性锌锰干电池 结构 酸性锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质 电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2＋ 正极 2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O 总反应 Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O 缺陷 酸性锌锰干电池即使不用，放置过久，锌筒也会因酸性的NH4Cl溶液腐蚀，造成漏液而失效，还会导致电器设备的腐蚀 改进措施 a.在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池 b.将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池 ②碱性锌锰干电池 结构 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 总反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 特点 比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电 ③锌银电池 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 总反应 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 特点 比能量大、电压稳定、储存时间长 (2)二次电池：充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是： 化学能电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等 ①铅酸蓄电池 结构 铅蓄电池是用橡胶或微孔塑料制成的长方形外壳，正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开 电极反应 总反应 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) 负极 Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) 正极 PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 特点 常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全 ②镍镉电池 结构 以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质 电极反应 总反应 Cd +2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 负极 Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2 正极 2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－ 特点 寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境 ③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，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 (3)发展中的燃料电池 燃 料 电 池 的 构 成 燃料电池是一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)与氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的 电化学反应装置。 燃料气可以是氢气、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体， 电解质通常有四种情况： ①稀硫酸 ②KOH溶液 ③Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是CO32－ ④固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，高温下能传导O2－离子 燃料电池装置示意图 特 点 ①清洁、安全、高效 ②料的利用率高、能量转化率高，能量转化率达到80%以上 ③与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低 ④与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用 ⑤供电量易于调节，能适应于电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领域有广阔的应用情景 ① 氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池总反应式是2H2