课程内容

《化学电源》
【学与问】在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？
化学电池——将化学能转换成电能的装置
太阳能电池——将太阳能转换成电能的装置
原子能电池——将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置
电池发明的小故事
意大利生物学家伽伏尼，1791年他在解剖时在实验室将悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上，发现蛙腿会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物的组织会产生电流，而金属是传递电流的导体。
法国物理学家、化学家伏特，他从独特的角度认为电流是由两种不同的金属产生的，经过一系列的实验，终于在1800年成功研制了世界上第一个能产生稳定电流的电池。
一、化学电源：
1、常见化学电池
一次电池：如普通干电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池等。（只放不充，环境污染）
二次电池：如铅蓄电池、锌银蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。放电为原电池，充电为电解池。（可放可充，发展方向）
燃料电池：如氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。（能量很高，前景远大）
其他电池：如海水电池、心脏起搏电池等。（特殊用途，现代科技）
2、化学电池优点
（1）能量转换效率高，供能稳定可靠。
（2）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。
（3）易维护，可在各种环境下工作。
3、判断电池优劣的标准
（1）比能量 [符号(W·h/kg)，(W·h/L)]
    指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
（2）比功率 [符号是W/kg，W/L]
    指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小
（3）电池的储存时间的长短
    除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。
下面介绍几种常见的电池
1、锌锰干电池
常见有酸性和碱性两种。早期为酸性的，1860年发明。但放电时间短、酸液腐蚀外壳。已逐渐被淘汰。
酸性锌锰干电池的负极是Zn，正极是C与MnO₂，电解质NH₄Cl其电极反应为：
    正极：Zn-2e^-=Zn²⁺
    负极：2NH₄⁺+2e^-=2NH₃+H₂
Zn²⁺+2NH₃=Zn(NH₃)₂²⁺     2MnO₂+H₂=Mn₂O₃+H₂O
碱性锌锰干电池克服了酸性锌锰干电池的两个缺点。碱性锌锰干电池的负极是Zn，正极是C与MnO₂，电解质是KOH，其电极反应为：
    负极：Zn-2e^-+2OH^-=Zn(OH)₂
    正极：2MnO₂+2e^-+2H₂O=MnOOH+2OH^-
    电池总反应式：Zn+2MnO₂+2H₂O=Zn(OH)₂+MnOOH
特点：比普通锌锰电池性能好，比能量和储存时间均有提高，可适合大电流和连续放电。
2、铅蓄电池
两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO₂，负极上覆盖有Pb，电解质是30%H₂SO₄溶液。
3、燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……）
二、书写电极反应式应注意以下几点：
1、将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；
2、负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO₂形式存在，在碱性溶液中以CO₃^2-形式存在）；
3、溶液中不存在O^2-：在酸性溶液中它与H⁺结合成H₂O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH^-。
思考：一种新型燃料电池，它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作为电极，又在两极上分别通入甲烷和氧气。电极反应为：
    负极：_____________________
    正极：_____________________
    电池总反应：_____________________
练习1：碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：
  Zn(s)+2MnO₂(s)+H₂O(l)=Zn(OH)₂(s)+Mn₂O₃(s)
下列说法错误的是（   ）
  A、电池工作时，锌失去电子
  B、电池正极电极反应式为：
     2MnO₂(s)+H₂O(l)+2e^-=Mn₂O₃(s)+2OH^-(aq)
  C、电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
  D、外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g
练习2：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便，无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H₂+O₂=2H₂O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H₂-4e^-=4H⁺，则其正极反应式为________________。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，则其负极反应可表示为________________。