第四节_原电池原理及其应用第二课时

1原电池第二课时2二、化学电源形形色色的电池电池，做为提供直流电的能源，已广泛用于航天、科学实验和日常生活中，电池的种类也从最早的原电池----伏打电堆发展到铅蓄电池、镉镍电池，直至新型的氢镍电池，锂电池。现在我就为大家介绍一下庞大的电池家族。3干电池（一次电池）所谓一次电池，就是指放电后不能充电使其复原的电池。通常由正极、负极、电解质和容器、隔膜组成，历史上第一个原电池是由伏打在18世纪末发明的。当时这个电池是由一些金属（铜、银、锌）片和湿的硬纸片组成。伏打是这样描述他的电池的；用水（盐水更好）把这些硬圆纸片浸湿，先在桌上放一块银片，再放上一块锌片，然后在它的上面放一个湿润的硬纸片，再在上面放一块银片和锌片及硬纸片，如此循环放置，直至一定高度，就组成了电堆。这是历史上最原始的电池，也称作原电池，现在所用的一次电池主要有两种：41.锌锰电池该种电池表达式为：Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2(C)生活中常用的1号或5号干电池就多是该种电池，实际制造时，锌皮做负极同时兼作容器外皮，正极氧化锰为粉末，依靠碳棒导电。两层隔膜中的电解液制成糊状以限制其流电又可让离子发生迁移。此种电池适用于间歇式放电场合，如手电筒、收音机等。其工作电压为1.5～1.6V。由于外皮由锌组成，所以电池用完时，锌皮易被蚀穿而使电解液（NH4Cl）渗出，所以电池用完后应取出以免腐蚀电器。负极：正极：2NH4++2e-=2NH3+H252.蓄电池----二次电池二次电池，就是利用化学反应的可逆性，在电池中化学能转化为电能后，用外加电能使电池中化学体系复原，重新利用的电池。该类电池主要有：6铅蓄电池该电池表达式为：Pb|H2SO4|PbO2这是最常用的二次电池，硫酸在电池中不仅可传达电流，且参加电池反应，随放电进行，硫酸逐渐减少，且有水生成，所以硫酸浓度不断下降；充电时，硫酸不断生成，硫酸浓度不断增加，所以可用电池中硫酸浓度估计蓄电池荷电状态，该种电池单体正常工作电压为2.0V，必要时可串联多个使用以提高供电电压。1．铅蓄电池Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O(-)(+)73.锂电池由于锂密度很小，仅为水的一半，且电极电势很低，所以用锂做负极的电池应具有最大的比能量，即单位重量的电极物质能释放最大的电能，由于锂与水剧烈反应，所以用非水电解液，正极常用MnO2或CuO等。日本三洋公司最早推出的就是Li/MnO2电池。锂电池作为一种新型电池，既可做成一次电池，也可制成二次电池，其有极优异的性能，主要有比能量高，有宽广的温度使用范围，放电电压平坦，体积小，无电解液渗漏，并且电压随放电时间缓慢下降，可预示电池使用寿命。该电池特别适于做为心脏起搏器电源。锂电池也可用做高性能的手机电池，笔记本电脑电池等。84.燃料电池燃料电池是从原理上产生飞跃的电池，它虽然仍是利用氧化还原反应，但其工作物质可以源源不断由外部输入，因此可长时间不断工作，电池工作时将反应物（燃料）中的化学能直接转化为电能，燃料和氧化剂不断分别输至电池两极，确保电池连续稳定工作，常用的燃料电池燃料可用H2、CH4等。燃料电池特别适宜航天事业，首先燃料电池有很高的质量比能量，可减轻重量以降低发射费用。其次燃料电池产物多为水，经处理后为供宇航员食用，可减少携带重量。以上只是众多电池中的一部分，并且更新的电池正不断出现，小小的电池中竟有如此多的学问，这就是化学的神妙。燃料电池新型电池中，电极的导电材料一般多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。如：氢氧燃料电池，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液：正极：O2+4e+2H2O===4OH-负极：2H2–4e+4OH-===4H2O又如：甲烷燃料电池；电解质溶液为氢氧化钾溶液：正极：2O2+8e+4H2O===8OH-负极：CH4+10OH--8e===CO32-+7H2O总反应：CH4+2O2+2OH-===CO32-+3H2O95.锌银扣式电池该电池表达式为：Zn|KOH|Ag2O这种电池体积小，但有优越的大电池放电性能，放电电压平稳，被广泛用于电子表、石英钟、计算机CMOS电池等。10日本：回收处理废弃电池一直走在世界前列。早在1993年就开始回收，二次电池的回收率较高，但一次电池回收率仍较低。，废弃二次电池一般采用先解剖焙烧，再进行分离的方法，回收有用金属或其化合物；一次电池的回收率仅有20%左右，主要是一次电池已实现无汞化，对环境的污染程度相对较轻，回收的一次电池大部分采用掩埋方式处理。11丹麦：是欧洲最早对电池进行循环利用的国家。丹麦从1996年开始回收镉镍电池，其具体做法是：电池按销售单价＋0.9美元／只电池的回收费用售出，从回收费中按17.6美元/千克支付给电池回收者。该政策的制定，使镉镍电池的售价相对较高，从而改变了消费者的消费行为，小型二次电池的消费重点转向环保型电池。1997年镉镍电池的回收率就已达到了95％。国外电池回收处理概况12二、金属的电化学腐蚀1、化学腐蚀金属跟接触到的物质（如O2、Cl2、SO2）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。13如：铁与氯气的直接反应而腐蚀，钢管被原油中的含硫的化合物腐蚀等。铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。概念：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。化学腐蚀：金属与其他物质直接氧化反应金属被氧化（不是电解质溶液）（无电流产生）142、电化学腐蚀金属腐蚀的原因：金属本身的组成和结构是锈蚀的根据；外界条件（如：温度、湿度、与金属接触的物质）是促使金属锈蚀的客观因素。电化腐蚀：不纯金属或合金发生原电池反应活泼金属被氧化电解质溶液（有电流产生）15分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe–2e===Fe2+2Fe–4e===2Fe2+正极反应2H++2e===H22H2O+O2+4e==4OH-总反应Fe+2H+==Fe2++H22Fe+2H2O+O2==2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe2O3.xH2O16化学腐蚀与电化腐蚀的对比（1）相同点：金属原子失电子而被氧化的过程，即金属原子转化为阳离子的过程。（2）不同点：条件金属与氧化剂直接反应不纯金属与电解质溶液接触现象无电流有电流本质金属被氧化活泼金属被氧化相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。17但是，由于腐蚀环境几乎无处不在，腐蚀的形态也多种多样。单一的防腐措施往往不能有效地控制金属的腐蚀，尤其是电化学腐蚀。金属结构一旦有腐蚀电池形成，其阳极区因其区域范围相对比阴极区的区域范围小的多，腐蚀速度也极快。此时金属表面发生的不是均匀腐蚀，而是孔蚀。地下的油气管道、储罐、各种存有电解质的容器设备等几乎都是因为孔蚀而发生泄露的。