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第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
第二课时 化学电源
从原电池到化学电源
1800年
1836年
1860年
伏打电池
丹尼尔电池
普通锌锰干电池
A
电池的发展史
结构简单
一次电池
反复使用
二次电池
连续工作
燃料电池
新型电池
负极 LixCy
电池的发展史
电池的发展史
化学电源
1.化学电源的分类
一次电池：
二次电池：
燃料电池：
又叫干电池，放电后不可再充电的电池。
又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。
一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
2.判断电池优劣的主要标准
(1)比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。
(2)比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。
(3)电池可储存时间的长短。
一次电池
结构简单的一次电池
一次电池—普通锌锰电池
普通锌锰电池放电时发生的总反应为
Zn+2MnO2 + 2NH4Cl =ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O
结合示意图及反应原理分析，该电池放电时电极反应中的正负极反应物、离子导体分别是什么，并写出电极反应式
锌筒
石墨棒
MnO2和C
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等糊状物
一次电池—普通锌锰电池
写出锌锰干电池的电极反应方程式。
负极：————————————————
正极：————————————————
问：通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？
_____________________________
Zn-2e-=Zn2+
2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O
锌筒变软，电池表面变得不平整
反应物 离子导体
负极：Zn 正极：MnO2 NH4Cl
一次电池—普通锌锰电池
优点：
结构简单、价格低廉
缺点：
保存时间短、电压下降快
一次电池—碱性锌锰电池
碱性锌锰电池放电时发生的总反应为
Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
结合示意图及反应原理分析，该电池放电时电极反应中的正负极反应物、离子导体分别是什么，并写出电极反应式
一次电池—碱性锌锰电池
Zn – 2e– + 2OH－ = Zn(OH)2
MnO2 + H2O +e– = MnO(OH) + OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2
负极
材料：
Zn
正极
材料：
MnO2
反应：
电解质（离子导体）：
KOH
反应：
一次电池—碱性锌锰电池
碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，是普通锌锰干电池的升级换代产品。
碱性锌锰电池容量高，能大电流连续放电。还具有优良的低温性能、储存性能和防漏性能。
一次电池—银-锌电池
负极反应物
正极反应物
电解质
负极反应
正极反应
总反应
Zn
Ag2O
KOH
Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
一次电池—银-锌电池
银-锌电池优点：比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。
一次电池存在什么问题？如何改进？
电压随着使用时间延长而下降
因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”，也即二次电池。
当电池使用一段使电压下降时，可以给它通以反向电流，使电池电压回升。
二次电池
法国人普兰特于1859年发明铅酸蓄电池，已经历了近150年的发展历程，铅酸蓄电池在理论研究方面，在产品种类及品种、产品电气性能等方面都得到了长足的进步，不论是在交通、通信、电力、军事还是在航海、航空各个经济领域，铅酸蓄电池都起到了不可缺少的重要作用。
铅酸蓄电池
二次电池—铅蓄电池
铅酸蓄电池放电时发生的总反应为
Pb＋PbO2＋2H2SO4 = 2PbSO4＋2H2O
充电时反应与该过程相反
结合示意图及反应原理分析，该电池放电时电极反应中的正负极反应物、离子导体分别是什么，并写出电极反应式
二次电池—铅蓄电池
正负极材料
正极：PbO2
负极：Pb
电解质：H2SO4溶液
铅酸蓄电池放电时发生的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4 = 2PbSO4＋2H2O
① 放电过程：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O
Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)
正极：
PbO2(s) + 4H++SO42- +2e- =PbSO4 (s) +2H2O
氧化反应
还原反应
负极：
二次电池—铅蓄电池
正负极材料
正极：PbO2
负极：Pb
电解质：H2SO4溶液
铅酸蓄电池放电时发生的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4 = 2PbSO4＋2H2O
②充电过程：
PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42-
还原反应
阴极：
阳极：
氧化反应
接电源负极
接电源正极
PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H++ SO42-
2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4
二次电池—铅蓄电池
问：铅蓄电池解决了电池二次使用问题，它有哪些缺点？
比能量低、寿命短、产业链铅污染……
二次电池—镍氢电池
H2 + 2NiOOH 2Ni(OH)2
放电
充电
镍氢电池总反应：
电解质液为KOH溶液， 请写出的电极反应式。
正极：
负极：
放电
阳极：
阴极：
充电
H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O
2NiOOH +2 e- + 2H2O = 2Ni(OH)2 +2 OH-
2H2O +2 e- = H2 + 2OH-
2 Ni(OH)2 －2 e- + 2OH-= 2NiOOH +2 H2O
优点：能量密度高；无镉污染，是一种绿色电池；可大电流快速充放电；电池工作电压为1.2V；
应用：在小型便携电子器件、电动工具、电动车辆和混合动力车上逐步得到应用。
二次电池—锂离子电池
1958年10月5日，瑞典的一家医院中，医生为心脏病病人植入了世界上首例埋藏式心脏起搏器，该病人幸运地依赖起搏器使他的生命延续了42年，终年83岁，一生共消耗25台心脏起搏器。
锂离子电池具备什么特点？
体积小、质量轻、比能量高
转移1mol 电子时消耗金属的质量
金属 Li Na Mg Al K Ca Fe Ni Zn Pb
质量 /g 7 23 12 9 39 20 28 29.5 32.5 103.5
二次电池—锂离子电池
锂离子电池中不含有金属态的锂，锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。它是把锂离子嵌入碳（石油焦炭/石墨）中形成负极。
正极材料常用LixMO2 ： LiCoO2、LixCoO2 、LiFePO4、Li2FePO4、Li2Mn2O4、LixMnO4、LixNiO2。
电解液使用非水液态有机电解质：LiPF6+二乙烯碳酸酯（EC）+二甲基碳酸酯（DMC）。
二次电池—锂离子电池
反应过程：充电时，Li＋从 晶体中脱嵌，由 极回到 极，嵌入石墨中。放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向 极，嵌入钴酸锂晶体中，这样在放电、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。
正
钴酸锂
正
负
电池总反应：
LixCy + Li1-xCoO2 = LiCoO2 + Cy
负极：LixCy - xe- = xLi+ + Cy
正极：Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- = LiCoO2
随堂训练
1．下列是四个化学反应，理论上不可用于设计原电池的化学反应是（ ）
A．2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
B．2H2O 2H2 + O2
C．2FeCl3 +Fe = 3FeCl2
D．CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
B
随堂训练
2．把A、B、C、D四种金属浸在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池，若A、B相连时，阴离子移向A；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；D插入B的盐溶液中有B析出。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为（ ）
A．A>B>C>D B．A>C>B>D
C．A>C>D>B D．B>D>C>A
C
随堂训练
3．微型银—锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，电池总反应为Ag2O + Zn + H2O = 2Ag + Zn(OH)2，下列说法正确的是（ ）
A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低
B．电池工作过程中，电解液中OH-向正极迁移
C．负极发生反应Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
D．正极发生反应Ag2O + 2H+ + 2e- = 2Ag + H2O
C
随堂训练
4．如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法错误的是（ ）
A．铅蓄电池充电时电能转化为化学能
B．电池放电时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板
C．电池放电时，H＋移向PbO2板
D．负极反应：Pb ＋ 2e- ＋ = PbSO4
D
随堂训练
5．一种新型的锂-空气电池的工作原理如图所示。
关于该电池的说法中正确的是（ ）
A．当有22.4LO2被还原时，溶液中有4mol Li+向多孔碳电极移动
B．可将有机电解液改为水溶液
C．金属锂作正极，发生氧化反应
D．电池总反应为4Li+O2+2H2O=4LiOH
D

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