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1、第六章第六章 化学反应与能量化学反应与能量第一第一节节 化学反应化学反应与与能量变化能量变化2、化学电池的发展、化学电池的发展干电池干电池锌锰酸性干电池锌锰酸性干电池锌锰碱性干电池锌锰碱性干电池一次一次电池电池二二次次电池电池蓄电池蓄电池铅蓄电池铅蓄电池镍镉碱性蓄电池镍镉碱性蓄电池镍氢碱性蓄电池镍氢碱性蓄电池锂离子电池锂离子电池燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池有机物燃料电池有机物燃料电池二、化学反应与电能二、化学反应与电能普通普通锌锰干电池锌锰干电池(1)常见的一次电池常见的一次电池负极负极：Zn2e Zn2正极正极：2NH42e 2MnO2 2NH3Mn2O3H2O总反应总反应：Zn
2、2MnO22NH4 Zn22NH3Mn2O3H2O缺点：缺点：放电放电后电压不稳定、后电压不稳定、锌锌筒筒会会逐渐变逐渐变薄漏液薄漏液二、化学反应与电能二、化学反应与电能碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池(1)常见的一次电池常见的一次电池改进改进措施措施：酸性酸性NH4Cl碱性碱性KOH(降低自放电降低自放电)负极：负极：锌锌片片锌粉锌粉(反应面积反应面积增大电流增大电流大幅度提高大幅度提高)二、化学反应与电能二、化学反应与电能碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池总反应：总反应：Zn2MnO22H2O Zn(OH)22MnOOH负极：负极：正极正极：Zn2e 2OH Zn(OH)22H2O2e 2MnO2
3、2OH 2MnOOH二、化学反应与电能二、化学反应与电能银锌电池银锌电池(纽扣电池纽扣电池)总反应总反应：ZnAg2OH2OZn(OH)22AgZn2e 2OH Zn(OH)2Ag2O2e H2O2Ag2OH 负极：负极：正极：正极：二、化学反应与电能二、化学反应与电能铅蓄电池铅蓄电池(最早使用的二次电池最早使用的二次电池)(2)常见的常见的二二次电池次电池电极电极材料材料正极：正极：_、负极：、负极：_电解质溶液：电解质溶液：_PbPbO2H2SO4溶液溶液总反应：总反应：PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O放电放电充电充电优点优点：价格价格低廉，原料易得低廉，原料易得，电压稳定电
4、压稳定，使用使用安全安全可靠可靠，可再可再次充电。次充电。二、化学反应与电能二、化学反应与电能负极：负极：正极：正极：Pb2e SO42 PbSO4PbO24HSO42 2e PbSO42H2O铅蓄电池铅蓄电池(最早使用的二次电池最早使用的二次电池)(2)常见的常见的二二次电池次电池已知：已知：PbSO4不溶于水、也不溶于酸不溶于水、也不溶于酸总反应：总反应：PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O放电放电充电充电二、化学反应与电能二、化学反应与电能练、练、铅蓄电池铅蓄电池在放电过程中在放电过程中当当消耗消耗0.2 mol H2SO4时，电路中时，电路中有有_mol e 转移，此过程中负
5、极板转移，此过程中负极板_(“增加增加”、“减减小小”或或“不变不变”)_ g。分析分析:PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O放电放电充电充电2e 0.2电子就是酸电子就是酸负极负极:Pb2e SO42 PbSO42mole m 96增加增加9.6二、化学反应与电能二、化学反应与电能镍氢电池：镍氢电池：(2)常见的常见的二二次电池次电池 负负极极是是储储氢氢材材料料，通通常常MH(注注意意：其其中中各各元元素素化化合合价价均均视视为为0)表表示示，如如LaNi5H6(H嵌嵌入入储储氢氢合合金金LaNi5晶晶格格之之中中)；电解液电解液通常是通常是30%的的KOH水溶液水溶液。总反应总
6、反应：MHNiOOH Ni(OH)2M放电放电充电充电负极：负极：正极：正极：MHe OH MH2ONiOOHe H2ONi(OH)2OH 二、化学反应与电能二、化学反应与电能锂离子电池：锂离子电池：(2)常见的常见的二二次电池次电池 采采用用不不同同的的储储锂锂化化合合物物为为正正负负极极材材料料构构成成电电池。当电池循环工作时，锂离子池。当电池循环工作时，锂离子(Li)在正负极材料间交换。在正负极材料间交换。放电时放电时充电时充电时蜂巢蜂巢A(负极负极)蜂巢蜂巢B(正极正极)将锂离子电池的工作原理与蜜蜂在蜂巢间的迁移进行类比将锂离子电池的工作原理与蜜蜂在蜂巢间的迁移进行类比放电放电充电充电
7、LixC6Li1-xCoO2 6CLiCoO2二、化学反应与电能二、化学反应与电能(3)燃料电池燃料电池 燃燃料料电电池池是是一一种种将将燃燃料料(和和氧氧化化剂剂)的的化化学学能能连连续续的的转转换换为为电电能能得得装装置置。与与普普通通电电池池比比较较，燃燃料料电电池池具具有有较较高高的的能能量量转转化化效效率率。燃燃料料电电池池和和其其它它类类型型电电池池最最本本质质的的区区别别在在于于反反应应物物供供应应方方式式不不同同。对对于于燃燃料料电电池池，燃燃料料和和氧氧化化剂剂可可以以根根据据需需要要从从外外部部源源源源不不断断连连续续供供给给，只只要要有有活活性性物物质质供供应应给给电电极
8、极，燃燃料料电电池池就就会产生电能。会产生电能。二、化学反应与电能二、化学反应与电能(3)燃料电池：燃料电池：电极电极是用镍、银、钯、铂等金属粉末压制成可以透过气体的是用镍、银、钯、铂等金属粉末压制成可以透过气体的多孔又可导电的特殊材料制作的；多孔又可导电的特殊材料制作的；燃燃料料(如如：H2、N2H4、CO、CH4、C2H2等等)和和氧氧化化剂剂(通通常常是是O2)分分别别从从负负级级和和正正极极的的外外侧侧不不断断地地通通过过电电极极里里的的微微孔孔进进入入电电池池体体系系，并并分分别别在在各各自自的的电电极极上上受受到到电电极极材材料料的的催催化化而而发发生生氧氧化和还原反应，同时产生电
9、流。化和还原反应，同时产生电流。二、化学反应与电能二、化学反应与电能(3)燃料电池：燃料电池：燃料电池分类燃料电池分类(依据介质种类依据介质种类)燃料燃料氧气氧气介介质质有可传导的离子有可传导的离子酸酸性介质性介质可传导可传导H碱碱性介质性介质可传导可传导OH 固体氧化物固体氧化物可传导可传导O2 熔融碳酸盐熔融碳酸盐可传导可传导CO32 二、化学反应与电能二、化学反应与电能(3)燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池电解质电解质电极反应式电极反应式酸性电解质酸性电解质(可传导可传导H)负极负极正极正极碱性电解质碱性电解质(可传导可传导OH)负极负极正极正极4e 基本原理：基本原理：2H2
10、O2 2H2O2H2 4e 4HO24e 4H2H2O2H2 4e4OH4H2OO24e 2H2O4OH 二、化学反应与电能二、化学反应与电能电解质电解质电极反应式电极反应式固体氧化物固体氧化物(可可传导传导O2)负极负极正极正极熔融碳酸盐熔融碳酸盐(可可传导传导CO32)负极负极正极正极2H2 4e 2O2 2H2OO24e 2O2 2H2 4e+2CO32 2H2O+2CO2O24e 2CO22CO32 二、化学反应与电能二、化学反应与电能(3)燃料电池燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池4e 基本原理：基本原理：2H2 O2 2H2O(3)燃料电池燃料电池甲烷燃料电池甲烷燃料电池电解质电解质
11、电极反应式电极反应式酸性电解质酸性电解质(可传导可传导H)负极负极正极正极碱性电解质碱性电解质(可传导可传导OH)负极负极正极正极8e 基本基本原理原理：CH4 2O2 CO2 2H2O碱性碱性介质：介质：CCO32，其他介质：，其他介质：CCO2CH4 8e 2H2OCO28HO24e 4H2H2OCH4 8e 10OH CO32 7H2OO24e 2H2O4OH 二、化学反应与电能二、化学反应与电能电解质电解质电极反应式电极反应式固体氧化物固体氧化物(可可传导传导O2)负极负极正极正极熔融碳酸盐熔融碳酸盐(可可传导传导CO32)负极负极正极正极CH4 8e O2 CO22H2OO24e 2
12、O2 CH4 8e CO32 5CO22H2OO24e 2CO22CO32 二、化学反应与电能二、化学反应与电能(3)燃料电池燃料电池甲烷燃料电池甲烷燃料电池8e 基本基本原理原理：CH4 2O2 CO2 2H2O碱性碱性介质：介质：CCO32，其他介质：，其他介质：CCO2练、将反应练、将反应C2H8N22N2O42CO23N24H2O设计成燃料设计成燃料电池，其电极反应为电池，其电极反应为负极负极：_正极正极：_C2H8N216e 4H2O2CO2N216H2N2O416e 16H2N28H2O二、化学反应与电能二、化学反应与电能类型类型反应式反应式pH变化变化酸性酸性燃料燃料电池电池总反
13、应总反应:2CH3OH3O22CO24H2O正极正极:O24e4H2H2O负极负极:CH3OH6eH2OCO26H碱性碱性燃料燃料电池电池总反应总反应:2CH3OH3O24OH2CO326H2O正极正极:O24e2H2O4OH负极负极:CH3OH6e8OHCO326H2O增大增大减小减小增大增大增大增大减小减小减小减小口诀口诀:正增负减正增负减分析：正分析：正、负极区及电解质溶液、负极区及电解质溶液pH变化变化二、化学反应与电能二、化学反应与电能练练、乙乙醇醇燃燃料料电电池池中中采采用用磺磺酸酸类类质质子子溶溶剂剂，在在200左左右右时时供供电电，电电池池总总反反应应:C2H5OH3O22CO23H2O，电电池池示示意意图图如图所如图所示示。下列下列说法中正确的是说法中正确的是()A.电池电池工作工作时时，质子质子向电池的负极迁移向电池的负极迁移B.电池电池工作工作时时，电子电子由由b极沿导线流向极沿导线流向a极极C.a极上发生的电极反应极上发生的电极反应:C2H5OH3H2O12e 2CO212HD.b极上发生的极上发生的电极反应电极反应:4HO24e 2H2OD乙醇乙醇氧气氧气质子质子质子交换膜质子交换膜a b二、化学反应与电能二、化学反应与电能