高三化學(xué)選修反應(yīng)原理《化學(xué)電源》

1、 負極：負極： Fe 2e- = Fe2+正極：正極： 2H+ + 2e- = H2總：總：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 稀稀 硫硫 酸酸FeCu稀 硫 酸FeCuNaCl溶液溶液負極：負極： Fe 2e- = Fe2+正極：正極： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-總：總：2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 不同的介質(zhì)不同的介質(zhì) 不同的電極反應(yīng)不同的電極反應(yīng)負極：負極： Al+ 4OH3e- =Al O2 +2H2O 正極：正極：2H2O + 2 e- = H2+ 2OH 總：總：2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2 稀 硫 酸負極

2、：負極： Mg 2e- = Mg2+ + 2H2O 正極：正極： 2H+ + 2e- = H2總：總：Mg +2H+ = Mg 2+ + H2 負極：負極： Cu 2e- = Cu 2+ 正極：正極： 2H+ +NO3 + e- = NO2 + H2O總：總：Cu + 4H+ +2NO3= 2NO2 + Cu 2+ + 2H2O稀H2SO4負極：負極： Al 3e- =Al 3+ + 2H2O 正極：正極： 2H+ + 2e- = H2總：總：2Al + 6H+ = 2Al 3+ + 3H2 下列關(guān)于下圖所示原電池的說法正確的是下列關(guān)于下圖所示原電池的說法正確的是A 鋁片為正極鋁片為正極B 正

3、極上有正極上有H2產(chǎn)生產(chǎn)生C Al是電池的負極，開始工作時溶液中會立即有白色沉淀析出是電池的負極，開始工作時溶液中會立即有白色沉淀析出D 當(dāng)轉(zhuǎn)移當(dāng)轉(zhuǎn)移0.04 mol e- 時，產(chǎn)生時，產(chǎn)生 0.01 mol O2 CuB空氣電池空氣電池鋰電池鋰電池銀鋅電池銀鋅電池鋅汞電池鋅汞電池1. 銀鋅電池銀鋅電池 一般用不銹鋼制成小圓盒形，圓盒由正一般用不銹鋼制成小圓盒形，圓盒由正極殼和負極殼組成，形似鈕扣（俗稱鈕極殼和負極殼組成，形似鈕扣（俗稱鈕扣電池）。盒內(nèi)正極殼一端填充由氧化扣電池）。盒內(nèi)正極殼一端填充由氧化銀和石墨組成的正極活性材料，負極蓋銀和石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金組成的

4、負極活性材料，一端填充鋅汞合金組成的負極活性材料，電解質(zhì)溶液為電解質(zhì)溶液為KOHKOH濃溶液。濃溶液。電極反應(yīng)式如下：電極反應(yīng)式如下：負極：負極：Zn + 2OHZn + 2OH- - -2e -2e- - = ZnO + H = ZnO + H2 2O O正極：正極：AgAg2 2O + HO + H2 2O + 2eO + 2e- - = 2Ag + 2OH = 2Ag + 2OH- -電池的總反應(yīng)式為：電池的總反應(yīng)式為：AgAg2 2O + Zn = 2Ag + ZnOO + Zn = 2Ag + ZnO電池的電壓一般為電池的電壓一般為1.59V1.59V，使用壽命較長。，使用壽命較長。

5、 上圖是鋅錳干電池上圖是鋅錳干電池2. 干電池干電池-普通鋅錳電池普通鋅錳電池 干電池用鋅制筒形外殼作負極，位于中央的干電池用鋅制筒形外殼作負極，位于中央的頂蓋上有銅帽的石墨棒作正極，在石墨棒的頂蓋上有銅帽的石墨棒作正極，在石墨棒的周圍由內(nèi)向外依次是周圍由內(nèi)向外依次是A A：二氧化錳粉末（黑：二氧化錳粉末（黑色）色）-用于吸收在正極上生成的氫氣用于吸收在正極上生成的氫氣（以防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象）；（以防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象）；B B：用飽和了氯：用飽和了氯化銨和氯化鋅的淀粉糊作為電解質(zhì)溶液。化銨和氯化鋅的淀粉糊作為電解質(zhì)溶液。電極反應(yīng)式為：電極反應(yīng)式為：負極（鋅筒）：負極（鋅筒）：Zn 2eZn 2e-

6、 - = Zn = Zn2+2+正極（石墨）：正極（石墨）：2NH2NH4 4+ +2e+2e- - = 2NH = 2NH3 3 + H + H2 2 H H2 2 + 2MnO + 2MnO2 2 = Mn = Mn2 2O O3 3 + H+ H2 2O O總反應(yīng)：總反應(yīng)： Zn+2NHZn+2NH4 4+ +2MnO+2MnO2 2=Zn=Zn2+2+2NH+2NH3 3+Mn+Mn2 2O O3 3+H+H2 2O O干電池的電壓大約為干電池的電壓大約為1.5V1.5V，不能充電再生。，不能充電再生。 隨著用電器朝著小型化、多功能化發(fā)展隨著用電器朝著小型化、多功能化發(fā)展的要求，對電池

7、的發(fā)展也提出了小型化、多的要求，對電池的發(fā)展也提出了小型化、多功能化發(fā)展的要求。功能化發(fā)展的要求。體積小、性能好的堿性鋅錳電池應(yīng)運而生。體積小、性能好的堿性鋅錳電池應(yīng)運而生。這類電池的重要特征是電解液由原來的中性這類電池的重要特征是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負極也由鋅片變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流大幅度提高。大幅度提高。新型燃料電池新型燃料電池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，

8、同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池出電池3. 3. 氫氧燃料電池氫氧燃料電池 這是一種高效、低污染的新型電池，主要用這是一種高效、低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。其電極材料一般為活化電極，于航天領(lǐng)域。其電極材料一般為活化電極，具有很強的催化活性，如鉑電極、活性碳電具有很強的催化活性，如鉑電極、活性碳電極等。電解質(zhì)溶液一般為極等。電解質(zhì)溶液一般為40%40%的的KOHKOH溶液。溶液。 電極反應(yīng)式如下：電極反應(yīng)式如下：負極：負極：2H2H2 2 + 4OH + 4OH- - -4e -4e- - = 4H = 4H2 2O O正極：正極：O O2 2 + 2H

9、 + 2H2 2O + 4eO + 4e- - = 4OH = 4OH- -總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2H2H2 2 + O + O2 2 = 2H = 2H2 2O O使用氫氧燃料電池動力的法國產(chǎn)標(biāo)致使用氫氧燃料電池動力的法國產(chǎn)標(biāo)致TAXI例例1 1：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高能、輕便、無污染的優(yōu)點。氫氧燃料電池有能、輕便、無污染的優(yōu)點。氫氧燃料電池有酸式酸式和和堿式堿式兩種，它們放電時的總反應(yīng)都可兩種，它們放電時的總反應(yīng)都可以表示為以表示為2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，酸式電池中電解質(zhì)是，酸式電池中電解質(zhì)是酸，其負極反應(yīng)可表示為

10、，酸，其負極反應(yīng)可表示為， 則則其正極反應(yīng)式為其正極反應(yīng)式為_ _ _。堿式電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式堿式電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式為為 ，則其負極反應(yīng)可表示，則其負極反應(yīng)可表示為為_ _。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ +O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -例例2 2：氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然：氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然使用方便，卻受到價格和來源的限制。常用使用方便，卻受到價格和來源的限制。常用的燃料往往是某些碳氫化合物，如：甲烷、的燃料往往是某些碳

11、氫化合物，如：甲烷、汽油等。請寫出將圖中氫氣換成甲烷時所構(gòu)汽油等。請寫出將圖中氫氣換成甲烷時所構(gòu)成的甲烷燃料電池中成的甲烷燃料電池中a a極的電極反應(yīng)式：極的電極反應(yīng)式： ，此時電池內(nèi)總的反應(yīng)式此時電池內(nèi)總的反應(yīng)式 ： 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O鉛蓄電池鉛蓄電池4. 鉛蓄電池鉛蓄電池 鉛蓄電池可放電也可以充電，一般用硬橡膠鉛蓄電池可放電也可以充電，一般用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼（防止酸液的泄或透明塑料制成長方形外殼（防止酸液的泄漏）；設(shè)有多層電極板，其中正極板上有一漏）；設(shè)有

12、多層電極板，其中正極板上有一層棕褐色的二氧化鉛，負極是海綿狀的金屬層棕褐色的二氧化鉛，負極是海綿狀的金屬鉛，正負電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板鉛，正負電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板隔開（以防止電極之間發(fā)生短路）；兩極均隔開（以防止電極之間發(fā)生短路）；兩極均浸入到硫酸溶液中。浸入到硫酸溶液中。放電時為原電池，其電極反應(yīng)如下：放電時為原電池，其電極反應(yīng)如下：負極：負極：Pb + SOPb + SO4 42-2- - 2e - 2e - - = PbSO = PbSO4 4正極：正極：PbOPbO2 2 + 4H + 4H+ + + SO + SO4 42-2- + 2e + 2e - - = Pb

13、SO = PbSO4 4 + 2H+ 2H2 2O O總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：Pb + PbOPb + PbO2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 = = 2PbSO2PbSO4 4 + 2H + 2H2 2O O當(dāng)放電進行時，硫酸溶液的的濃度將不斷降當(dāng)放電進行時，硫酸溶液的的濃度將不斷降低，當(dāng)溶液的密度降到低，當(dāng)溶液的密度降到1.18g/ml 1.18g/ml 時應(yīng)停止使時應(yīng)停止使用進行充電，充電時為電解池，用進行充電，充電時為電解池，5. 堿性蓄電池堿性蓄電池 這類電池一般壽命比鉛酸蓄電池長很多，且這類電池一般壽命比鉛酸蓄電池長很多，且拾攜帶很方便。拾攜帶很方便。 Ni-Cd N

14、i-Cd電池：電池：Cd + 2NiO(OH) + 2HCd + 2NiO(OH) + 2H2 2O O = 2Ni(OH)= 2Ni(OH)2 2 + Cd(OH) + Cd(OH)2 2 Ni-FeNi-Fe電池：電池：Fe + 2NiO(OH) + 2HFe + 2NiO(OH) + 2H2 2O = O = 2Ni(OH)2Ni(OH)2 2 + Fe(OH) + Fe(OH)2 2 （ 堿性可充電電池及簡易充電座）堿性可充電電池及簡易充電座） 鋰電池鋰電池鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負極相比較，使跟用相同質(zhì)量

15、的其他金屬作負極相比較，使用壽命大大延長。用壽命大大延長。 使用鋰電源的手機與手提電腦使用鋰電源的手機與手提電腦6. 微型鋰電池微型鋰電池 常用于心臟起搏器、手機的一種微型電池，常用于心臟起搏器、手機的一種微型電池，一般用金屬鋰作負極，石墨作正極，電解質(zhì)一般用金屬鋰作負極，石墨作正極，電解質(zhì)溶液為溶有四氯化鋁鋰（溶液為溶有四氯化鋁鋰（LiAlClLiAlCl4 4 ）的亞硫）的亞硫酸氯（酸氯（SOClSOCl2 2 ）。電池的總反應(yīng)式如下：）。電池的總反應(yīng)式如下：8Li + 3SOCl8Li + 3SOCl2 2 = 6LiCl + Li = 6LiCl + Li2 2SOSO3 3 + +

16、2S 2S 這種電池的容量大，電壓穩(wěn)定，能在這種電池的容量大，電壓穩(wěn)定，能在- -56.756.70 0C- +71.1C- +71.10 0C C的大范圍溫差內(nèi)正常工作的大范圍溫差內(nèi)正常工作日本產(chǎn)海水電池日本產(chǎn)海水電池 以海水電池為能源的航海標(biāo)志燈以海水電池為能源的航海標(biāo)志燈7. 海水電池海水電池 19911991年，我國科學(xué)家首創(chuàng)以鋁年，我國科學(xué)家首創(chuàng)以鋁-空氣空氣-海海水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。其

17、電極反應(yīng)式如下：其電極反應(yīng)式如下：負極：負極：4Al 12e4Al 12e- - = 4Al = 4Al3+3+正極：正極：3O3O2 2 + 6H + 6H2 2O + 12eO + 12e- - = 12OH = 12OH- -總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：4Al + 3O4Al + 3O2 2 + 6H + 6H2 2O = O = 4Al(OH)4Al(OH)3 3這種電池的能量比普通干電池高這種電池的能量比普通干電池高20-5020-50倍！倍！8. 熔融鹽燃料電池熔融鹽燃料電池 這是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電這是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達國家己接近民

18、用工池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達國家己接近民用工業(yè)化水平。按其所用燃料或熔融鹽的不同，業(yè)化水平。按其所用燃料或熔融鹽的不同，有多個不同的品種，如天然氣、有多個不同的品種，如天然氣、COCO、-熔融熔融碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等，一般要在一碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等，一般要在一定的高溫下（確保鹽處于熔化狀態(tài)）才能工定的高溫下（確保鹽處于熔化狀態(tài)）才能工作。作。下面以下面以CO-LiCO-Li2 2COCO3 3 + Na + Na2 2COCO3 3-空氣與空氣與COCO2 2型電池為例加以說明：型電池為例加以說明：總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：2CO + O2CO + O2 2 = 2CO = 2CO2

19、2該電池的工作溫度一般為該電池的工作溫度一般為6506500 0C C負極反應(yīng)式：負極反應(yīng)式：2CO + 2CO2CO + 2CO3 32-2- -4e -4e- - = = 4CO4CO2 2正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：O O2 2 + 2CO + 2CO2 2 + 4e + 4e- - = = 2CO2CO3 32-2-例例3. 3. 熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率, ,因因而受到重視而受到重視. .可用可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔融鹽混的熔融鹽混合物用電解質(zhì)合物用電解質(zhì),CO,CO為陽極燃氣為陽極燃氣, ,空氣與空氣與CO

20、CO2 2的混的混合氣為陰極助燃氣合氣為陰極助燃氣, ,制得在制得在65006500下工作的燃下工作的燃料電池料電池, ,完成有關(guān)的電池反應(yīng)式完成有關(guān)的電池反應(yīng)式: : 負極反應(yīng)式：負極反應(yīng)式： 正極反應(yīng)式正極反應(yīng)式:O:O2 2+2CO+2CO2 2+4e=2CO+4e=2CO3 32-2- 總電池反式：總電池反式： 2CO+2CO32-4e- =4CO22CO+O2=2CO2如圖是如圖是2004年批量生產(chǎn)的筆記本電腦所用的甲醇燃年批量生產(chǎn)的筆記本電腦所用的甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子子(H+)和電子。電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)

21、電路到達另和電子。電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達另一極與氧氣反應(yīng)。電池總反應(yīng)式為：一極與氧氣反應(yīng)。電池總反應(yīng)式為： 2CH3OH3O22CO24H2O。下列說法中正確的是下列說法中正確的是A左邊的電極為電池的負極，左邊的電極為電池的負極， a處通入的是甲醇處通入的是甲醇B右邊的電極為電池的負極，右邊的電極為電池的負極， b處通入的是空氣處通入的是空氣C電池負極的反應(yīng)式為：電池負極的反應(yīng)式為： CH3OH + H2O 6e = CO2 + 6H+D電池的正極反應(yīng)式為：電池的正極反應(yīng)式為： O2+2H2O+4e=4OHA、C鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受鋰電池是一代新型高能電池，

22、它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為的總反應(yīng)為Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列說法正確的是（下列說法正確的是（ ）A A、 LiLi是正極，電極反應(yīng)為是正極，電極反應(yīng)為Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是負極，電極反應(yīng)為是負極，電極反應(yīng)為Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 LiLi是負極，電極反應(yīng)為是負極，電極反應(yīng)為MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2D D、 LiLi是負極，電極反應(yīng)為是負極，電極反應(yīng)為Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+原電池電極反應(yīng)式的書寫注意事項：原電池電極反應(yīng)式的書寫注意事項：（1 1