第二节 化学能与电能（2）

2015-10-19 15:30:38   来源：   撰稿：董啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

第二节  化学能与电能（2）

【复习】请同学们利用铜和硝酸银的反应设计一个原电池，指出正负极，写出电极反应。

[引言] 干电池是我们常用的电池，干电池大家非常熟悉，其实干电池是化学电源的一种，化学电源就是利用原电池原理制造的具有实际应用价值的各种电池。它的内部构造大家清楚吗？它的放电原理是什么？下面让我们具体来了解化学电源。

化学电源就是利用原电池原理制造的具有实际应用价值的各种电池，简称电池。

二、发展中的化学电源

1、干电池

最早使用的，大家熟悉的干电池——锌锰电池。它是一种一次性电池，放电后不能充电（内部的氧化还原反应是不可逆的）。

 [观察]干电池的外型，说出在日常生活中的用途，了解干电池的内部结构。

【图片和实物展示】

①干电池的构造：石墨棒、MnO₂糊、NH₄Cl糊、锌筒。

②电极反应：

正极：2NH₄⁺+ 2e- = 2NH₃+H₂     负极：Zn － 2e^- → Zn²⁺

总反应：Zn +2NH₄⁺= Zn²⁺+ 2NH₃+H₂

2MnO₂+H₂=2MnO(OH)     ZnCl₂+4NH₃=[Zn(NH₃)₄]Cl₂

③优缺点：

优点：体积小，携带方便。

缺点：一次性电池，放电之后不能充电。锌皮被腐蚀而穿导致电解液外溢。废旧电池污染环境。

④改进：外壳套上金属筒或塑料筒的方法改成了防漏电池；将糊状NH₄Cl换成湿的KOH，并在构造上作了改进，制成了碱性锌锰电池，延长了电池的使用寿命。

 [思考与交流] 干电池即使不使用，过一段时间也会失效，在购买、保存和使用干电池方面你有何经验和建议？

提示：购买后及时使用；电器暂时不用时，将电池及时取出；新旧电池不要混合使用；旧电池要集中处理等等。

 [过渡]干电池虽然有体积小，携带方便等优点，但是一次性电池，放电之后不能充电，易造成污染。所以，可充电电池是一种实用价值更高的电池，现在广泛的应用于各种电器中。

【问题】请同学们举例说明，哪些电器中使用了可充电电池。汽车用的电瓶是一种什么样的化学电源？

2、充电电池

充电电池又称为二次电池，它在放电时进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（利用直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现：化学能转换为电能（放电）、再由电能转变为化学能（充电）的循环。

（1）铅蓄电池

①结构：

[展示] 铅蓄电池（简称蓄电池）：

②电池反应（放电）：

正极：PbO₂ + 4H⁺ + SO₄^2- + 2e^- → PbSO₄ + 2H₂O

负极：Pb + SO₄^2- - 2e^- → PbSO₄

总反应：PbO₂ + 4H⁺ + SO₄^2-  + Pb  ==2PbSO₄ + 2H₂O

③优缺点

优点：可以循环使用，更加经济实用。

缺点：由于电池制造工艺等方面存在不足，实际上冲放电电池的冲放电次数仍有限制，且使用是否得当，对电池的工作状态及寿命影响很大。

应用：最早使用的充电电池是铅蓄电池。目前，汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池。

（2）镍镉电池

由于现代社会对耗电量高的便携式电器需求很大，所以化学家研制了新型的封闭式体积小的充电电池——镍镉电池。

①电池反应（放电）：

正极：2NiO(OH) + 2H₂O + 2e^- → 2Ni(OH)₂ + 2OH^-

负极：Cd + OH^- - 2e^- → Cd(OH)₂

总反应：Cd + 2NiOOH + 2H₂O = Cd(OH)₂ + 2Ni(OH)₂

②优缺点：

优点：体积小携带方便，可镍镉电池以反复充电500次以上。

缺点：镉是致癌物质，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境，这制约了镍镉电池的发展。镍氢电池的面世初步解决了这个问题。

应用：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。

（3）锂离子电池

目前，手机常见电池类别有：Ni-MH（镍氢电池）、Li-ion（锂电池）、LiB（液体锂离子电池）、LiP（聚合物锂离子电池）。

优点：重量小，绿色环保。

缺点：能量储存少，使用时间短。

应用：笔记本电脑、移动电话、数码照相机、摄像机等等。

【思考与交流】课本43页

【过渡】燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，通过燃烧释放的热能再转化为电能（如火力发电），其能量转化率不高。我们来学习一种新型电池—燃料电池。

3、燃料电池

【分析】燃料电池就是利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂（如O₂）反应所放出的化学能直接转化为电能的一种高效、对环境友好的装置。燃料电池的能量转化率理论上可以高达85%~90%（现在实际利用率已达到40%~60%）。

①燃料电池组成：

燃料：氢气、甲烷（天然气）、甲醇、乙醇、汽油等。

氧化剂：氧气、空气等。

电极：石墨

电解质：硫酸或KOH溶液

【思考与交流】从组成上看，燃料电池与普通干电池和可充电电池有何不同？

燃料电池与普通干电池和可充电电池比较：普通干电池和可充电电池反应物储存于电池内部，燃料电池反应物不是储存于电池内部，由外部设备提供。电池装置只是反应器。

②电极反应：以氢氧燃料电池为例：

电解质：H₂SO₄

 负极：2H₂－4e-  ＝4H⁺； 正极：O₂＋ 4H⁺＋4e-＝ 2H₂O

总反应：2H₂＋O₂＝2H₂O

电解质：KOH

正极：O₂ + 2H₂O + 4e^-  → 4OH^-；负极：2H₂ + 4OH^- － 4e^- → 4H₂O

总反应：2H₂ + O₂ == 2H₂O

③优点：燃料可以从外部源源不断的输入，能量利用率高，减少废电池的污染，电池反应产物对环境没有污染。

〖过渡〗其实最好最清洁、最经济、最实用的能源是太阳，我们可以探究以下太阳能的利用。

〖板书设计〗二、发展中的化学电源

1、干电池（锌锰电池）

2、充电电池：（1）铅蓄电池  （2）镍镉电池  （3）锂离子电池

3、燃料电池

〖教后记〗