化学电源
富县高级中学高一级化学科目集体备课教案
中心发言人：申海娥授课人：
课题化学电源第 1 课时
目标知识与技能：了解电池的一般分类；了解常见的化学电源的种类及其原理，知道它们在生产生活和国防中的应用；掌握几种典型化学电池的电极反应
过程和方法：结合生产、生活实际，学习常见化学电池的组成和应用，
情感态度和价值观：感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观、正确的能源观。
重点掌握几种典型电池的用途和特点；掌握几种典型化学电池的电极反应。
难点掌握几种典型化学电池的电极反应；掌握几种典型化学电池的电极反应。
教法学法
个人主页教具
教学过程[情景导入]：在日常生活中，你用过哪些电池？知道电池的其它应用吗？[交流结果]：
[指导阅读]：阅读教材思考下列问题
1、目前化学电池主要分为哪几个大类？在性能等方面它们各有什么特点？
2、化学电池与其他能源相比有哪些优点？
[投影]：第二节、化学电源
①、一次电池又称不可充电电池——如：干电池。
1、分类：②、二次电池又称充电电池——蓄电池。
③、燃料电池。
[展示]：一次电池：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池、锂电池等，下面介绍常见化学电池的工作原理和化学电池的电极反应。
[投影]：一、一次电池
（1）普通锌锰电池的电极反应为：
[讲述]：传统的锌锰干电池放电性能一般较差，容量较低。
碱性锌锰电池又称碱锰电池，俗称碱性电池，用高导电性的氢氧化钾溶液替代了氯化铵、氯化锌溶液，负极锌也由片状改变成粒状，增大了负极的反应面积，加之采用了高性能的电解锰粉，电性能得以很大提高。
（2）碱性锌锰电池的电极反应为：
负极（锌筒）：Zn +2OH －
—2e —= Zn （OH ）2；
正极（石墨）：正极：2MnO 2+2H 2O+2e －= 2MnOOH+2OH －
电池的总反应式为：Zn +2MnO 2+2H 2O= 2MnOOH+ Zn （OH ）2
[过渡]：在一次电池的基础上发展的二次电池更加的经济实用，它在放电时进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般是通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。
这样可以实现化学能转变为电能（放电），再由电能转变为化学能（充电）的循环。
[投影]：二、二次电池 1、铅蓄电池
[指导阅读]：铅蓄电池，思考铅蓄电池的工作原理是什么？
[讲解] 铅蓄电池可放电亦可充电，在正极板上有一层棕褐色的PbO 2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。
[投影]：⑴、放电的电极反应为：
负极：Pb ＋S O 42-－2e -
＝PbSO 4↓
正极：PbO 2＋4H +＋S O 42-＋2e -
＝PbSO 4↓＋2H 2O
总反应式：PbO 2＋Pb ＋2H 2SO 4 2PbSO 4↓＋2H 2O
[讲解分析]：而需要将蓄电池进行充电，其电极反应为： [投影]：⑵、充电的电极反应：
阳极：PbSO 4＋2H 2O －2e - ＝PbO 2＋4H +＋S O 42-
阴极：PbSO 4＋2e - ＝Pb ＋S O 42-
[讲述]：1. 一次电池和二次电池均称为化学电源，化学电源的电极材料一般由能导电的物质组成，负极为还原性较强的物质（大多数是金属电极本身），正极为氧化性较强的物质，电解液为酸、碱和盐溶液或某些熔融盐。
其他原理与原电池的原理相同。
[过渡]：目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。
由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交
放电
充电
通、生产和生活中。
但是比较笨重。
因此出现了大有发展前景的燃料电池
[投影]：三、燃料电池
[师]：燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池，所以燃
料电池也是化学电源。
[讲述]：1. 燃料电池与其它电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮
存在电池内，而是在工作时，不断地从外界输入，同时把电极反应产物不断
排出电池。
因此，燃料电池是名符其实地把能源中燃料燃烧反应产生的化学
能直接转化为电能的“能量转换器。
2. 燃料电池的正极和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成。
从负极连
续通入氢气、煤气、发生炉煤气、水煤气、甲烷等气体；从正极连续通入氧
气或空气。
电解液可以用碱(如氢氧化钠或氢氧化钾等)把两个电极隔开。
化
学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。
[投影]：1、氢氧燃料电池（碱性）2H2 + O2 = 2H2O
⑴、电极反应：负极：2H2+4OH——2e—=4H2O
正极：O2+2H2O+2e—=4OH—
氢氧燃料电池（酸性）2H2 + O2 = 2H2O
电极反应：负极：2H2+4OH－－4e－==4H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－==4OH－
思考与讨论：根据氢氧燃料电池的工作原理，书写甲烷燃料电池在强碱性条
件的电极方程式。
[归纳讲述]：能够燃烧的物质在一定条件下都能和相应的氧化剂（常用的是
氧气）构成燃烧电池，可燃物（还原剂）做负极，氧化剂做正极。
书写电极
反应时要特别考虑电解质溶液的影响，尤其是电解质溶液的酸碱性。
教
学
反
思
备课组长签字：。
化学电源
①充电过程
接电源负极 阴极：PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应 阳极： 接电源正极
氧化反应 充电过程总反应： 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq)
银锌蓄电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。
正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合 金，电解质溶液KOH。反应式为： 充电 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 放电
燃料电池
大有发展前景的燃料电池
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃 料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的 化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃 料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发 电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太 多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等 废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪30年代
缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液
改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。 Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
化 学 电 源
请考虑，废旧干电池，有无污染的问题，如何解决？
常见化学电源(电极反应式书写)
总反应：Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O3 正极：2MnO2+H2O+2e-→Mn2O3+2OH负极：Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e-
5、氢-氧电池：
总反 应
2H2 + O2=2H2O
介质 硫酸
负极 2H2→4H++4e正极 O2+4H++4e-→2H2O 6．锂电池：(正极材料为LiMnO2) 总反应：Li + MnO2=LiMnO2 正极：Li++e-+MnO2→LiMnO2 负极：Li→Li++e-
正极： 负极 13、反应式为：
的原电池。
负极：
正极：
14、钢铁析氢腐蚀
负极：
正极：
总反应式：
15、钢铁吸氧腐蚀
负极：
正极：
总反应式：
氢电池在充放电过程中的电化学反应如下： 正极：
负极：
总的电池反应为：
16．心脏起搏器 有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内做某种心脏病人的心脏
3、铅蓄电池：(电解质溶液：硫酸)
总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4=2PbSO4 + 2H2O 正极：PbO2 + 4H++SO42-+2e-→PbSO4 + 2H2O 负极：Pb + SO42-→PbSO4 +2e-
常见化学电源
5.新型燃料电池
（2）甲醇燃料电池 ） • • • • • • • 碱性介质 碱性介质 正极： 正极： 3O2 + 12e– + 6H2O → 12OH– 负极： 负极： 2CH3OH - 12e– + 16OH – → 2CO32 – +12H2O 总反应式： 总反应式： 2CH3OH + 3O2 + 4OH– = 2CO32 – +6 H2O
• • • • • • •
酸性介质： 性介质： 正极： 正极： O2 + 4H+ +4e¯== 2H2O; 负极： 负极： 2H2-4e-==4H+ 总电池反应： 总电池反应： 2H2+O2=2H2O
5.新型燃料电池
（2）甲醇燃料电池 ） • 直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电 池的一种变种， 池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预 先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳， 先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳，质 子和电子， 子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电 池一样， 池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧 反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。 反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。
• 该电池用取之不尽的海水为电解液，靠空气中 该电池用取之不尽的海水为电解液， 的氧使铝不断氧化而产生电流。 的氧使铝不断氧化而产生电流。1991年，我国 年 首创以铝-空气 海水为能源的新型电池， 空气-海水为能源的新型电池 首创以铝 空气 海水为能源的新型电池，用作 航海标志灯已研制成功。 航海标志灯已研制成功。该电池以取之不尽的 海水为电解液， 海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而 产生电流。这种海水电池的能量比“干电池” 产生电流。这种海水电池的能量比“干电池” 高20～50倍。 ～ 倍 • 1991年我国首创以铝－空气－海水电池作为能 年我国首创以铝－ 年我国首创以铝 空气－ 源的新型海水标志灯，以海水为电解质， 源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空 气中的氧气使铝不断氧化而产生电流， 气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把 灯放入海水中数秒钟，就会发出耀眼的白光。 灯放入海水中数秒钟，就会发出耀眼的白光。
化学电源基本概念
比能量的应用：选择电池的重要依据
例：某一起使用电源体积限定：130mm×60mm×8mm 平均工作电压：13V 最大工作电流：250mA 工作时间：4h
电池能量=I×t×U=0.25A×4h×13V=13Wh 电池组体积=130mm×60mm×8mm=0.0624dm3 13Wh 体积比能量= =208Wh/dm3 0.0624 dm 3 查表：ZnHg 或ZnAg 电池
一、化学电源的概述
1 定义
电化学电池是一种直接把化学能转变为电能的装置。
2 优点
1、 能释放能源，又能储存能源； 2、 能量转换效率高，工作时没有噪音，无污染； 3、 工作范围广泛，对环境适应性强（耐冲击、震动、 在失重情况下能正常工作； 4、 工作重要参数（电压、电流、容量及电池的形状） 可在较大范围内变动； 5、 携带方便，特别适用于移动式通讯交通工具上。
四、电池的主要性能 1、电池的开路电压
指外电路电流无穷小（电路断开）时两极间的电势差。 与正负极材料本性、电解质和温度有关
与电池的几何结构、尺寸大小无关
电池的额定电压（公称电压）
指某电池开路电压的最低值。 ZnMn干电池额定电压为1.5V,开路电压不小于1.5V
2、电池的容量 电池的容量：是指在一定的放电条件下，即一定的温度和
充电也类似： 锂电池是1320毫安。
充电器输出DC：
USB：
350mA-±50mA
800mA
1320mAh 用充电器充电：充电时 间 3.8h 350mA 1320mAh 用USB充电：充电时间 1.65h 800mA 在实际中，充电时间比理论时间长，因为充电时有能量耗损，同 时电流有可能不稳定。
• 3 化学电源工作原理 电池要实现化学能转变为电能必须满足以下条件：
日常生活中常见的化学电源
日常生活中常见的化学电源原电池是一种将化学能转变为电能的装置，而化学电源则是一种实用的原电池。
化学电源品种繁多，大体可分为三类：1.一次电池（1）锌锰电池—干电池普遍用在手电和小型器械上的干电池，外壳锌片作负极，中间的碳棒是正极，它的周围用石墨粉和二氧化锰粉的混合物填充固定，正极和负极间装入氯化锌和氯化铵的水溶液作为电解质，为了防止溢出，与淀粉制成糊状物。
其电极反应式为：负极：Zn-2e- == Zn2+正极：2 NH4++2e-=2NH3↑+H2↑产生的NH3和Zn2+作用：Zn2++4NH3 = [ Zn(NH3)4]2+产生的H2和MnO2作用：H2+2MnO2 = Mn2O3+H2O总反应式为：2Zn+4MnO2+4NH4Cl== [Zn(NH3)4]Cl2+ ZnCl2+2Mn2O3+ 2H2OZn+2MnO2+2 NH4Cl== Zn(NH3)2Cl2+ 2MnO(OH)或Zn+2 NH4+= Zn2++2NH3↑+H2↑电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还原生成的H2氧化成为水，以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻。
由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。
新制干电池的电动势为1.5V，这样的干电池是“一次”电池，不能充电再生。
（2）银锌电池—钮扣电池钮扣电池最常见的为微型的Ag—Zn电池，它用不锈钢制成一个由正极壳和负极壳盖组成的小圆盒。
盒内靠正极壳一端充由Ag2O和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充Zn—Hg合金作负极活性材料，电解质溶液为KOH。
该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。
其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。
其电极反应式为：负极：Zn+2OH--2e- == ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e-==2Ag+ 2OH-总反应式为：Zn+ Ag2O== ZnO+2Ag（3）高能电池—锂电池该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。
化学电源
化学电源的主要性能
电池容量是评价电池性能的重要指标，可通过 放电曲线测定。 电池容量和放电条件相关，放电条件一般指： 放电电流、放电深度、放电形式、放电期间电 池的温度等。
化学电源的主要性能
对给定的电池，由于欧姆内阻和极化内阻的存 在，电池容量、放电电压和电池的使用寿命随放电 电流增加而减小，只有当电池以很小电流放电时才 能接近理论电压和理论容量。
化学电源的主要性能
电池的工作电压（V）： 电池有电流流过时正、负电极的端电压。 它随输出电流的大小、放电深度和温度等变化
而变化。电流流过电池时，会产生电化学极化、
浓差极化和欧姆极化等，使电池的工作电压总低 于开路电势。
化学电源的主要性能
表征电池放电时电压特性的术语： 额定电压：电池工作时公认的标准电压。 如：锌锰电池：1.50V；镉镍电池：1.20V 中点电压：电池放电期间的平均电压。 截止电压：电池放电终止时的电压值，是放电倍率的
化学电源的主要性能
自放电：指电池由于一些自发过程的进行引起的电
池容量的损失。
过充电：对二次电池，若充电时间过长，电池可能
出现过充电，此时会出现新的电极反应，如水的电
解等，会影响电池的寿命。
一般，只要不经常过充电，对电池的性能影响不大。
化学电源的主要性能
电池在贮存和使用过程都会出现自放电，主要原因： 1）不期望的副反应的发生，如铅酸电池的正极发生 2）电池内部变化导致的接触问题； 3）活性物质的再结晶； 4）电池的负极大多数使用活泼金属，可能发生阳极 溶解； 5）无外接负载时电池在电解质桥上的放电。
根据放电倍率的大小分类：
低倍率：<0.5C；
高倍率:3.5-7C；
中倍率：0.5-3.5C；
高中化学 化学电源
高中化学化学电源在我们的日常生活中，电源无处不在，从手机、电脑到电动汽车，都离不开电源的支持。
而在高中化学的学习中，化学电源是一个重要的知识点。
今天，咱们就来好好聊聊这个有趣又实用的话题。
化学电源，简单来说，就是通过化学反应将化学能转化为电能的装置。
它的种类繁多，常见的有一次电池、二次电池和燃料电池等。
先来说说一次电池，这其中最典型的代表就是干电池。
大家小时候都玩过玩具车吧？里面装的那种圆形的电池，通常就是干电池。
干电池的结构其实并不复杂，它主要由锌筒、碳棒、电解质糊等组成。
在放电过程中，锌筒作为负极逐渐被消耗，发生氧化反应：Zn 2e⁻＝Zn²⁺；而碳棒作为正极，二氧化锰在其中得到电子发生还原反应：2MnO₂＋ 2H⁺＋ 2e⁻＝ 2MnO(OH) 。
接下来是二次电池，比较常见的就是铅蓄电池。
汽车里用的蓄电池很多就是铅蓄电池。
它在放电时，负极是铅（Pb），发生的反应是：Pb ＋ SO₄²⁻ 2e⁻＝ PbSO₄；正极是二氧化铅（PbO₂），反应为：PbO₂＋ 4H⁺＋ SO₄²⁻＋ 2e⁻＝ PbSO₄＋ 2H₂O 。
那铅蓄电池为啥叫二次电池呢？这是因为它在放电后，经过充电又能恢复到原来的状态，继续使用。
充电时，原来的负极变成阴极，发生的反应是：PbSO₄＋ 2e⁻＝ Pb ＋ SO₄²⁻；原来的正极变成阳极，反应为：PbSO₄＋ 2H₂O 2e⁻＝ PbO₂＋ 4H⁺＋ SO₄²⁻。
再讲讲燃料电池。
这可是一种很有前景的化学电源。
比如氢氧燃料电池，它的工作原理是氢气在负极发生氧化反应：2H₂4e⁻＝4H⁺；氧气在正极发生还原反应：O₂＋ 4H⁺＋ 4e⁻＝ 2H₂O 。
燃料电池的优点可不少，它的能量转化率高，对环境的污染也比较小。
了解了这些常见的化学电源，咱们再来说说它们的工作原理。
其实，化学电源的工作原理本质上就是氧化还原反应。
在电池中，存在着两个电极，一个是负极，一个是正极。
化学电源
判断：
电池工作时，电子由正极通过外 电池工作时，
电路流向负极。 电路流向负极。 错 外电路中每通过 外电路中每通过0.2mol的电子， 的电子， 的电子 锌的质量理论上减少6.5g。对 锌的质量理论上减少 。
随着用电器朝着 小型化、 小型化、多功能化发 展的要求，对电池的 展的要求， 发展也提出了小型化、 发展也提出了小型化、 多功能化发展的要求。 多功能化发展的要求。 体积小、性能好的碱性锌－ 体积小、性能好的碱性锌－锰电池应运 而生。 而生。这类电池的重要特征是电解液由原来 的中性变为离子导电性更好的碱性， 的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由 锌片改为锌粉，反应面积成倍增长， 锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电 流大幅度提高。 流大幅度提高。
锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受 到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池， 到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池 下列说法正确的是（ 的总反应为Li 的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（ B ） Li是正极 是正极， A、 Li是正极，电极反应为Li － e- = Li+ Li是负极 是负极， B、 Li是负极，电极反应为Li － e- = Li+ Li是负极 是负极， C、 Li是负极，电极反应为MnO2 + e- = MnO2 – Li是负极 是负极， D、 Li是负极，电极反应为Li －2e- = Li2+
铅蓄电池
新型燃料电池
燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全 燃料电池不是把还原剂、 部贮藏在电池内，而是在工作时， 部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外 界输入， 界输入，同时将电极反应产物不断排出电池
化学电源
化学电源【知识要点】一、化学电池的概念化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置。
化学电池的主要部分是电解质溶液，和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。
化学电池放电到一定程度，电能减弱，有的经充电复原又可使用，这样的电池叫蓄电池，如铅蓄电池、银锌电池等；有的不能充电复原，称为原电池，如干电池、燃料电池等。
二、化学电源的分类化学电源品种繁多，大体可分为三类：1、一次性电池：即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了。
（1）锌锰电池—干电池该电池的负极材料是锌，正极材料是碳棒，电解质是MnO2、NH4Cl、ZnCl2组成的糊状物。
其电极反应式为：负极：Zn－2e- = Zn2+正极：2MnO2+2NH4+ +2e-=Mn2O3+2NH3+H2O总反应式为：Zn+2MnO2+2NH4+ = Zn2+ + Mn2O3+2NH3+H2O电池中MnO2的作用是将正极上NH4+还原生成的H氧化成为水，以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻。
由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。
（2）银锌电池—钮扣电池该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。
其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH 溶液。
其电极反应式为：负极：Zn+2OH- －2e- = ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应式为：Zn+ Ag2O= ZnO+2Ag（3）高能电池—锂电池该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。
由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）。
因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂。
如作心脏起搏器的锂—碘电池的电极反应式为：负极：2Li－2e- ==2Li+正极：I2+2e-==2 I- 总反应式为：2Li+I2==2LiI（4）海水铝电池：该电池是1991年我国首创以“铝-空气-海水”电池为能源的新型航海标志灯。
化学电源基本概念
电 压
连续放电 时间
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5.比能量和比功率 电池的能量
电池所能作出的电功，它等于放电容量和电池 平均工作电压的乘积 电池的比能量（或能量密度） 指单位质量或单位体积的电池所输出的能量。
电池的功率
电池在单位时间内所输出的能量。
电池的比功率（或功率密度）
指单位质量或单位体积的电池所输出的功率。
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6.电池的寿命
①使用寿命
指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。 ②循环寿命
指在二次电池报废之前，在一定放电条件下，电池 经历充放电循环的次数，循环寿命越长，电池的可逆 性能就越好。
④贮存寿命
指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮 存时间。
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t 电池实际容量 idt 100% 0 mZF / M 电池理论容量
（4）比容量： 指单位质量或单位体积电池所输出的电 量，分别以A· kg-1和A· L-1表示。 h· h· （5）额定容量： 指在设计和生产电池时，规定或保证在 指定的放电条件下电池应该放出的最低限度 的电量。
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4.电池的容量及影响因素
（1）电池容量C： 指在一定放电条件下，电池放电到终止电压时 所能放出的电量，单位为库仑（C）或安时（A· h）
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实际电池容量可通过下式计算： 恒电流放电： C=∫t0 i(t)dt=it 变电流放电： C= ∫t0 i(t)dt 恒电阻放电： C= ∫t0 i(t)dt=1/R ∫t0 V(t)dt （2）放电曲线 ：
7.自放电(self-discharge)