大学化学---氧化还原反应与电化学基础[精选].ppt

* K---Ks、Ka，Kf等 * 任何自发的氧化还原反应都可构成电化学电池, 但要开发为商用电池, 却受到诸多条件的限制. 电流在电池室和盐桥中以正、负离子为载体的流动方式产生了高内阻，结果由于引出时电压的急剧下降而引不出大电流 缺乏便携性所要求的简洁性和牢固性 表4-1 部分电池的理论比能量 电池体系 标准电动势(或开路电压*) / V 理论比能量 /W·h·kg－1 实际比能量 /W·h·kg－1 二次电池 铅酸 镉－镍 铁－镍 2.044 1.326 1.399 170.5 214.3 272.5 10~50 15~40 10~25 镉－银 1.282 270.2 40~100 一次电池 锌－汞 锌－锰 (碱性) 锌－锰 (干电池) 1.343 1.52* 1.623* 255.4 274.0 251.3 30~100 30~100 10~50 锌－氧 锌－空气 1.646 1.646 1350(计O2) 1084 (不计O2) 100~250 锌-锰干电池：Zn | ZnCl2，NH4Cl(糊)| MnO2|C 电池反应： Zn＋2MnO2＋2NH4＋ Zn2+＋Mn2O3＋2NH3＋H2O 放电 特点：Zn皮不断消耗，MnO2不断被还原，电压降低； 电压约为1.5V； 价廉，一次性消费 应用：日常生活(1～7号)； e - (＋) (－) 沥青密封 石墨正极 电解质糊 Zn负极 一、化学电源——电池简介 镉(或铁)-镍电池(碱性) Cd | KOH(1.19~1.21g·cm-3)| NiO(OH)|C Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2 放电 充电 特点：电压约为1.3V；重量轻、体积小、抗震性好、耐用； 比铅酸电池昂贵； 应用：工业、剃须刀、收录机、计算器等 电池反应： 锌-锰电池(碱性)：Zn | KOH(aq)| MnO2|C Zn＋ MnO2 ＋H2O MnO(OH)＋ZnO 为减少自放电，常加少量汞（Zn表面汞齐化），污染环境 一、化学电源——电池简介 电池反应： 2Zn＋ Ag2O2 ? 2Ag＋ 2ZnO 锌-银电池(钮扣) Zn| KOH(糊,含饱和ZnO)| Ag2O2 |Ag 锌-汞电池(钮扣) Zn,ZnO| KOH(糊,含饱和ZnO)| HgO|Hg | C 电池反应： Zn＋ HgO ? Hg＋ ZnO 特点：工作电压稳定，1.34V； 应用：电子表、计算器、助听器、小型医疗仪器等； 缺点：因含汞，废弃电池处理不当会危害环境 一、化学电源——电池简介 镍－氢(MH 贮氢合金，稀土类、钛系类) 电池 Ni--TiH | KOH(c) | NiO(OH)|C 锂－铬酸银电池(高氯酸锂的碳酸丙稀脂为电解质) 电池反应：2Li＋Ag2CrO4＝ Li2CrO4 +2Ag 电池反应： MH＋NiO(OH) M＋Ni(OH)2 放电 充电 优点：能量密度高，电压1.2-1.3V；快速充放电； 记忆效应小；环保、无毒； 一、化学电源——电池简介 钮式或圆筒式锂－锰电池（非水电解质电池） Li | LiClO4, PC-DME | MnO2 例如：负极是将Li 插于溶有LiClO4的碳酸丙稀脂(PC)与乙二醇二甲醚(DME)的混合物溶剂中；正极为经热处理的电解MnO2，涂膏式或粉末式。 电池反应：Li＋MnO2＝MnOOLi 特点：开路电压3.5－4V，电压稳定； Li的摩尔质量小，比能量较高；非水电解质； 纽扣式、圆柱式、针型、薄膜式（可薄至0.5mm） 应用：携带式电子仪器、小型计算机、电子表、照相机及通信设备、心脏起博器等。 一、化学电源——电池简介 燃料电池：将燃料(H2、CH3OH、NH2NH2、甚至天燃气等)不断输入负极作为活性物质，将O2或空气输入正极作为氧化剂，产物CO2和H2O不断排出。目前最成功的是H2－O2燃料电池。 电池反应：H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(l) 多孔Ni 多孔 Ni－NiO H2 O2 H2O OH－ K＋ e－ H2＋2OH－?2H2O＋2e－ 1/2O2＋H2O ＋2e－ ? 2OH－ 特点： Eθ为1.23V，实际电压为0.9V； 将燃料燃烧释放的能量，直接转换为电能； 高效，能量利用率达75％； 无污染； 成本高，目前只用于宇航等特殊场合。 一、化学电源——电池简介 二、电解——分解电压 如，以铂电极电解0.10