应用电化学第三章 化学电源

《应用电化学》思考题第三章化学电源1.什么是化学电源？试述其结构和类型。

（1）由两类不同导体组成，且在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系，通常有原电池、电解池、腐蚀电池三大类型。

（2）1.电极 2.电解质溶液 3.隔膜2.试述有关化学电源主要性能的概念，如电动势、开路电压、工作电压、截止电压电池容量、连续放电、间歇放电、电池的寿命、自放电、过充电等.。

电动势E：又称理论电压，是指没有电流流过外电路时电池正负两极之间的电极电势差。

开路电压OCV：是在无负荷情况下的电池电压，一般OCV≤E，只有可逆电池的OCV＝E。

工作电压V：是指电池有电流流过时的端电压。

额定电压：指电池工作时公认的标准电压。

截止电压：指电池放电终止时的电压值。

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（CC=mzF/M由图可知，间歇放电时电池的容量要较连续放电时的大。

时间电池的寿命包含三种涵义：使用寿命是指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。

循环寿命是指在二次电池报废之前，在一定条件放电条件下，电池经历充放电循环的次数，对于一次电池、燃烧电池则不存在循环寿命。

贮存寿命是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。

充电时间太长，电池可能被过充电。

3.什么是一次电池？一次的原因是什么？有何优点？（1）一次电池（原电池）为电池放电后不能用充电的方法使它复原的一类电池。

（2）原因是由于电池反应或电极反应的不可逆性或条件限制使电池反应很难可逆地进行所决定的。

（3）主要优点：方便、简单、容易使用，维修工作量极少。

其他优点有：贮存寿命长，适当的比能量和比功率，可靠，成本低。

5.写出验证锌锰一次电池表达式与电极电池反应，并说明其主要结构和特征。

电池表达式为：(一)Zn│浓KOH│MnO2 ，C（+）负极反应： Zn+2OH - —2e→Zn(OH)2Zn(OH)2+2OH-→[Zn(OH)4]2-正极反应： MnO2+H2O+e→MnOOH+OH -MnOOH+H2O+e→Mn(OH)2+OH –电池反应：Zn+MnO2+2H2O+2OH -→Mn(OH)2+Zn(OH)42-电池采用浓KOH作电解液（PH≈5），采用Zn和石墨分别作为负极和正极的集电器。

化学电源课件一、引言化学电源作为一种能量转换和储存的装置，在现代社会中发挥着至关重要的作用。

随着科学技术的不断发展，化学电源的种类和应用领域也在不断拓展。

本课件旨在介绍化学电源的基本原理、主要类型、工作原理及其在各个领域的应用，以帮助读者更好地了解化学电源的重要性和发展前景。

二、化学电源的基本原理化学电源是利用化学反应将化学能转化为电能的装置。

在化学电源中，正极和负极之间通过电解质进行离子传递，从而产生电流。

化学电源的基本原理可以概括为两个主要过程：氧化还原反应和离子传递。

氧化还原反应是化学电源中最重要的反应之一。

在电池的正极，发生氧化反应，即正极材料失去电子，形成正离子；而在负极，发生还原反应，即负极材料获得电子，形成负离子。

这两个反应共同驱动电子从负极流向正极，形成电流。

离子传递是化学电源中的另一个重要过程。

在电池的电解质中，正离子和负离子通过电解质的传导作用，从正极向负极移动，以维持电荷平衡。

这种离子的传递过程使得电子能够在电池中形成一个闭合的回路，从而产生持续的电流。

三、化学电源的主要类型1.原电池：原电池是一种将化学能直接转化为电能的电源，如干电池、碱性电池等。

原电池通常是一次性使用的，其内部化学反应是不可逆的。

2.二次电池：二次电池是一种可以反复充放电的电源，如铅酸电池、锂离子电池等。

二次电池的内部化学反应是可逆的，可以通过充电过程将电能转化为化学能，通过放电过程将化学能转化为电能。

3.燃料电池：燃料电池是一种将燃料和氧气通过化学反应转化为电能的电源，如氢燃料电池、甲醇燃料电池等。

燃料电池具有高能量密度和低污染排放的优点，被广泛应用于电动汽车和便携式电源等领域。

4.太阳能电池：太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的电源，如硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。

太阳能电池具有清洁、可再生的特点，被广泛应用于太阳能发电和光伏建筑一体化等领域。

四、化学电源的工作原理化学电源的工作原理主要基于氧化还原反应和离子传递。

化学电源说课稿尊敬的各位评委、老师们：大家好！今天我说课的内容是“化学电源”。

一、教材分析“化学电源”是高中化学选修模块《化学反应原理》中的重要内容。

这部分知识不仅与日常生活密切相关，也是电化学理论的重要应用领域。

通过对化学电源的学习，学生能够进一步深化对原电池原理的理解，同时了解化学能与电能相互转化的实际应用，感受化学学科在解决能源问题方面的重要作用。

教材首先介绍了常见的化学电源类型，如一次电池、二次电池和燃料电池，然后分别阐述了它们的工作原理、特点和应用。

这部分内容既包含了丰富的化学知识，又具有较强的实用性和时代性。

二、学情分析学生在之前的学习中已经掌握了原电池的基本原理和构成条件，具备了一定的知识基础和分析问题的能力。

然而，对于化学电源中较为复杂的电极反应和工作原理，学生可能会感到理解困难。

此外，学生对于化学电源在实际生活中的应用了解相对较少，需要通过本节课的学习加以拓展和深化。

三、教学目标1、知识与技能目标（1）了解常见化学电源的种类、工作原理及特点。

（2）能够书写常见化学电源的电极反应式。

（3）理解化学电源的发展趋势和应用前景。

2、过程与方法目标（1）通过对化学电源工作原理的分析，培养学生的逻辑思维能力和创新能力。

（2）通过实验探究和小组讨论，提高学生的实验操作能力和合作交流能力。

3、情感态度与价值观目标（1）感受化学电源在人类社会发展中的重要作用，培养学生的社会责任感和环保意识。

（2）激发学生学习化学的兴趣，培养学生勇于探索、敢于创新的科学精神。

四、教学重难点1、教学重点（1）常见化学电源的工作原理和电极反应式的书写。

（2）化学电源的性能和应用。

2、教学难点（1）燃料电池的工作原理和电极反应式的书写。

（2）理解化学电源的发展对解决能源问题的重要意义。

五、教法与学法1、教法（1）讲授法：讲解化学电源的基本概念、工作原理和发展趋势，使学生形成系统的知识框架。

（2）实验法：通过实验演示，让学生直观地观察化学电源的工作现象，加深对知识的理解。

化学电源课件化学电源课件化学电源是一种能够将化学能转化为电能的装置，广泛应用于现代社会的各个领域。

它不仅为我们的生活提供了便利，还在工业生产、科学研究等方面发挥着重要的作用。

本文将从化学电源的原理、种类以及应用等方面进行探讨。

一、化学电源的原理化学电源的原理是基于化学反应中的电化学过程。

在化学反应中，原子或分子之间的电子转移会产生电荷，从而形成电流。

化学电源利用这种电化学反应的原理，将化学能转化为电能。

化学电源通常由两个半电池组成，即负极和正极。

负极是一个氧化剂，它能够吸收电子，而正极则是一个还原剂，它能够释放电子。

当两个半电池通过导电材料相连时，电子从负极流向正极，形成电流。

同时，离子也会在电解质中传递，维持电荷平衡，完成电化学反应。

二、化学电源的种类1. 干电池干电池是最常见的一种化学电源，它由一个锌负极、一个碳正极和一个电解质组成。

锌负极与电解质之间的反应产生电子，而电解质与碳正极之间的反应则促使电子流动。

干电池具有体积小、重量轻、使用方便等优点，广泛应用于日常生活中的电子设备。

2. 燃料电池燃料电池是一种利用氢气或氢气源与氧气反应产生电能的化学电源。

燃料电池具有高效能、无污染、噪音低等优点，被广泛应用于交通工具、航天器等领域。

其中，最为常见的燃料电池是质子交换膜燃料电池，它利用质子交换膜将氢气和氧气分隔开，通过电化学反应产生电流。

3. 锂电池锂电池是一种利用锂离子在正负极之间来回迁移产生电能的化学电源。

锂电池具有高能量密度、长寿命等优点，被广泛应用于移动通信设备、电动车辆等领域。

目前，锂离子电池是最为常见的一种锂电池，它具有较高的电压和较低的自放电率。

三、化学电源的应用化学电源在现代社会的各个领域都有广泛的应用。

在日常生活中，我们使用的手机、笔记本电脑、手表等电子设备都离不开化学电源。

干电池和锂电池是最常见的电子设备电源，它们为我们提供了方便的移动能源。

在工业生产中，化学电源也发挥着重要的作用。

第一章电化学理论基础1.如何设计电化学反应体系答：一、一般电化学体系为三电极体系，相应的三个电极为工作电极、辅助电极、参比电极。

①工作电极要求：（1）所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定;（2）电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应;（3）电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一、平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化。

分类：工作电极可以是导电的固体，也可以是液体。

最普通的“惰性”固体电极材料是玻碳、铂、金、银、铅和导电玻璃等。

液体电极中，汞和汞齐是最常用的工作电极，都有可重现的均相表面，制备和保持清洁都较容易。

②辅助电极要求：（1）与工作电极相比，辅助电极应具有大的表面积使得外部所加的极化主要作用于工作电极上；（2）辅助电极本身电阻要小，并且不容易极化；（3）形状（丝状、方形片状、网状、棒状）和位置。

③参比电极要求：（1）可逆电极，电极电势符合Nernst方程;（2）反应时有较大的交换电流密度，流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状;（3）应具有良好的电势稳定性和重现性等。

二、隔膜作用：隔膜电解槽必要的结构单元，隔膜将电解槽分隔为阳极区和阴极区，以保证阴极、阳极上发生氧化-还原反应的反应物和产物不互相接触和干扰。

要求：（1）保持一定的机械强度；（2）具有良好的离子透过能力；（3）具备抗化学及电化学腐蚀的能力；（4）成本低，适于大规模工业化生产；（6）杂质含量少，性能均匀。

三、电解液分类：水溶液体系、熔融盐体系、有机溶剂体系措施：（1）如果以水作为溶剂，在电化学实验前通常要将离子交换水进行二次或多次蒸馏后使用。

蒸馏最好采用石英容器，第一次蒸馏时常通过KMnO4溶液以除去可能存在的有机杂质；（2）有机溶剂使用前也必须进行纯化，一般在对溶剂进行化学处理后采用常压或减压蒸馏提纯:降低或消除水的方法一般是先通过分子筛交换，然后通过CaH2吸水，再蒸馏而除去2.法拉第过程：电荷经过电极/溶液界面进行传递而引起的某种物质发生氧化或还原反应的过程，是个化学反应。

应用电化学复习应用电化学复习第一章：电极：工作电极WE，辅助电极CE，参比电极RE。

1.电化学体系的基本部分：①电极②隔膜③电解质溶液④电解池的设计与安装。

2.电极：电极是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，为多相体系。

3.工作电极基本要求：①电极本身发生反应不会影响所研究的化学反应且能在较宽的电位内进行测定；②电极不与溶液的任何组分反应；③电极面积不宜太大，表面均匀平滑且易于表面净化。

4.参比电极的性能：①为可逆电极，电极电势符合Nernst方程，②参比电极反应有较大的交换电流密度，流过微小电流时电极电势能迅速复原，③具有良好的电势稳定性、重现性。

5.双电层理论的BDM模型（简述）内层：最靠近电极的一层（紧密层），由溶剂分子+特性吸附物质组成。

第一层：水分子层:φM第二层：水化离子剩余电荷层；IHP（内Helmholtz层）:特性吸附离子的电中心位置（距离x1处）；OHP（外Helmholtz层）:最接近电极的溶剂化离子（非特性吸附离子）的中心位置（距离x2处）；分散层：OHP层与溶液本体之间。

6.电极反应种类⑴简单电子迁移反应：⑵金属沉积反应：⑶表面膜的转移反应：⑷伴随着化学反应的电子迁移反应：存在于溶液中的氧化或还原物种借助于电极实施电子传递反应之前或之后发生的化学反应。

⑸多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应：气相中的气体溶解于溶液后，在扩散到电极表面，借助于气体扩散电极得到或失去电子，提高了电极过程的电流效率。

⑹气体析出反应：某些存在于溶液中的非金属离子借助于电极发生还原、氧化反应产生气体而析出。

反应过程中，电解液中非金属离子的浓度不断减小。

⑺腐蚀反应：金属的溶解反应，金属或非金属在一定的介质中发生溶解，电极的重量不断减轻。

7.伴随着化学反应的电子迁移反应的机理（电极反应机理）（阴极还原：Ox+n e→Red. 阳极氧化：Red→Ox +ne）（1）CE机理：发生电子迁移之前发生化学反应通式：X←→Ox + ne ←→Red （2）EC机理：发生电子迁移之后发生化学反应通式：Ox + ne ←→Red ←→X （3）催化机理：EC机理中的一种，在电极和溶液之间的电子传递反应，通过电极表面物种氧化-还原的媒介作用，使反应在比裸电极低的超电势下发生，属于“外壳层”催化。

化学电源的应用原理1. 什么是化学电源?化学电源是一种将化学能转化为电能的装置，常见的化学电源包括电池和燃料电池。

它们利用化学反应中的氧化还原过程来产生电能。

2. 电池的应用原理电池是一种常见的化学电源，它由两个不同金属或化学物质之间的化学反应产生电能。

以下是电池的应用原理：• 2.1 放电过程–在常规干电池中，正极材料通常是二氧化锌，负极材料通常是锌。

在放电过程中，二氧化锌与锌发生化学反应，产生电子和氢离子。

电子在电路中流动，产生电流，完成电能输出。

–在碱性电池中，正极材料通常是三氧化二铅，负极材料通常是锌。

放电过程中，三氧化二铅与锌发生化学反应，产生电子和氢离子。

电子在电路中流动，产生电流。

• 2.2 充电过程–电池还可以通过逆向反应进行充电，将电能转化为化学能。

在充电过程中，化学反应逆转，将电子和氢离子转化为原来的物质。

这样，电池可以被多次使用。

• 2.3 应用领域–电池广泛应用于家庭电器、便携电子设备、汽车及航空航天等领域。

由于电池具有体积小、重量轻、使用方便等优点，成为现代生活中不可或缺的能源来源。

3. 燃料电池的应用原理燃料电池是另一种常见的化学电源，它利用燃料与氧气的化学反应产生电能，并以连续供给燃料和氧气的方式保持电能输出。

以下是燃料电池的应用原理：• 3.1 化学反应–燃料电池通常使用氢气作为燃料，氧气作为氧化剂。

在正极（氧气电极）上，氧气分子接受电子并与水中的氢离子结合，产生水。

在负极（燃料电极）上，氢气分子被分解成氢离子和电子。

电子从负极流到正极，产生电流。

• 3.2 连续供给燃料和氧气–燃料电池需要连续供给燃料和氧气以保持化学反应进行。

燃料电池系统通常包括燃料供给系统和氧气供给系统，确保燃料和氧气的持续供应。

• 3.3 应用领域–燃料电池广泛应用于交通工具、移动电源、电网等领域。

由于燃料电池具有高效能转化、无污染、能源可再生等优点，成为可持续发展的能源选择。

4. 小结化学电源是利用化学反应将化学能转化为电能的装置。

应用电化学-3-1-化学电源概述第三章§3.1概述化学电源§3.2一次电池§3.3二次电池§3.4燃料电池§3.1概述主要内容：化学电源的严格定义化学电源的特点化学电源的应用和意义化学电源发展简史及前景化学电源的组成化学电源的分类化学电源的主要性能电极的组成、结构和成型方法一、化学电源化学能直接转换为低压直流电能的装置。

通常也称为电池。

二、化学电源的特点便于携带、使用简单。

工作参数可在相当大的范围内人为地改变。

工作范围广、对环境适应性强。

能量转换效率高，工作时无噪音。

蓄电池可贮存能量。

减少环境污染。

各种形状的电池电池组三、化学电源的应用航空航天飞行器：飞机、人造卫星、宇宙飞船等；机动车辆：启动、点火、照明、动力；大型发电站：调解电站；医院、邮电通讯部门：应急电源；三、化学电源的应用四、化学电源的发展简史及前景1.电池的发明:1780年，意大利的解剖学家和医学教授伽伐尼在解剖青蛙时偶然发现生物电现象，并于1791发表了“关于电对肌肉运动的作用”的论文,伏打受到伽伐尼青蛙实验的启发而发明了电池，即两种不同的金属中间以导电的物质隔开，再以导线连结，就会产生电流;1800年，他用铜、锌、食盐水为材料成功地制造了伏打电池。

现在，凡是将两种不同金属放入同一种电解质溶液所形成的电池均称为伏打电池。

2.1859年普兰特发明铅酸电池至今，已有近150年的历史,最初开口式铅酸蓄电池需经常加硫酸和加水维护，腐蚀周围设备，并污染环境。

1996年阀控铅酸蓄电池基本取代传统的开口式电池。

它是产量最大和应用最广的二次化学电源，在将来很长时间内仍具有不可替代的作用。

3.1868年由勒克郎谢研制锌锰电池成功，以氯化铵为电解质溶液。

锌锰电池在经过了锌锰湿电池、普通干电池和碱性锌锰电池三个阶段后，逐步向着无汞电池和可充碱性电池方向发展。

4.镉镍电池最早是在1899年由瑞典科学家W.Jungner发明的，又称碱性镉镍电池或镍镉电池。