人教版必修22原電池

1、一、一次能源與二次能源一、一次能源與二次能源一次能源：一次能源： 直接從自然界獲取的能源稱一次直接從自然界獲取的能源稱一次能源。如流水、風(fēng)力、原煤、石能源。如流水、風(fēng)力、原煤、石油、天然氣、天然鈾等。油、天然氣、天然鈾等。二次能源：二次能源：一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換得一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為二次能源。如：到的能源稱為二次能源。如：電力、蒸汽等電力、蒸汽等火力發(fā)電廠工作原理火力發(fā)電廠工作原理 火力發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)化：火力發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能化學(xué)能熱能熱能機(jī)械能機(jī)械能電能電能燃燒燃燒蒸汽蒸汽發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)火力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：火力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、我國(guó)煤炭資源豐富廉價(jià)方便、我

2、國(guó)煤炭資源豐富廉價(jià)方便2、電能清潔安全，又快捷方便，、電能清潔安全，又快捷方便，節(jié)省時(shí)間節(jié)省時(shí)間缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1、排出大量溫室效應(yīng)氣體（、排出大量溫室效應(yīng)氣體（CO2）和廢氣（和廢氣（SO2），能導(dǎo)致酸雨），能導(dǎo)致酸雨2、產(chǎn)生廢渣（有毒金屬和致癌、產(chǎn)生廢渣（有毒金屬和致癌化合物）、廢液化合物）、廢液3、能量轉(zhuǎn)化效率低。、能量轉(zhuǎn)化效率低。一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化 化學(xué)能化學(xué)能（燃料）（燃料）熱熱能能機(jī)械能機(jī)械能電電能能燃燒燃燒蒸汽蒸汽發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)（蒸汽輪機(jī)）（蒸汽輪機(jī)）（2）存在的問題：）存在的問題： 經(jīng)多次轉(zhuǎn)換，能量損耗大，燃料的利經(jīng)多次轉(zhuǎn)換，能量損耗大，燃料的利用率

3、低；用率低；環(huán)境污染環(huán)境污染嚴(yán)重。嚴(yán)重。（1）能量轉(zhuǎn)換：）能量轉(zhuǎn)換：1、火力發(fā)電、火力發(fā)電（3）燃燒的本質(zhì)是）燃燒的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)，而氧化，而氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移。思考：能否將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？思考：能否將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？ 將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接（導(dǎo)線中間接入將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接（導(dǎo)線中間接入一個(gè)電流表），平行插入盛有稀硫酸得燒杯一個(gè)電流表），平行插入盛有稀硫酸得燒杯中，觀察現(xiàn)象。中，觀察現(xiàn)象。現(xiàn)象現(xiàn)象銅片銅片鋅片鋅片電流表電流表銅片表面有氣泡產(chǎn)生銅片表面有氣泡產(chǎn)生鋅片不斷溶解鋅片不斷溶解電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)分析：

4、實(shí)驗(yàn)分析：鋅片：鋅片：銅片：銅片：Zn 2e = Zn2+（發(fā)生氧化反應(yīng)）（發(fā)生氧化反應(yīng)）2H+ + 2e H2（發(fā)生還原反應(yīng)）（發(fā)生還原反應(yīng)）負(fù)極負(fù)極正極正極原電池：原電池：Zn 2H+ Zn2+ H2定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置總反應(yīng)：總反應(yīng)：學(xué)與問：學(xué)與問： 根據(jù)電學(xué)知識(shí)，你知道電子是怎樣流動(dòng)根據(jù)電學(xué)知識(shí)，你知道電子是怎樣流動(dòng)的嗎？你如何判定裝置的正、負(fù)極？的嗎？你如何判定裝置的正、負(fù)極？負(fù)極：負(fù)極：較活潑的電極，電子流出的極，較活潑的電極，電子流出的極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)正極：正極：較不活潑的電極，電子流入的極，較不活潑的電極，

5、電子流入的極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)負(fù)極負(fù)極正極正極e-e-氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)Zn-2e-=Zn2+電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液失失e,沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)還原反應(yīng)2H+2e-=H2陰離子陰離子陽(yáng)離子陽(yáng)離子總反應(yīng)：總反應(yīng)：負(fù)極負(fù)極正極正極 2H+2e-=H2Zn2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(離子方程式）離子方程式）（化學(xué)方程式）（化學(xué)方程式）電極反應(yīng)電極反應(yīng)正極：正極：負(fù)極：負(fù)極：（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）構(gòu)成原電池的條件是什么？構(gòu)成原電池的條件是什么？(1) 兩電極兩電極活潑性活

6、潑性不同不同的的兩種金屬兩種金屬或者或者一種金屬一種金屬與與一種非金屬導(dǎo)體一種非金屬導(dǎo)體(如石墨如石墨)用導(dǎo)線連接或直接接觸。用導(dǎo)線連接或直接接觸。 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液 閉合回路閉合回路 酸、堿、鹽溶液一般要能和某極發(fā)生酸、堿、鹽溶液一般要能和某極發(fā)生氧化氧化還原還原反應(yīng)反應(yīng)（4 ） 有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng) 形成原電池的基礎(chǔ)形成原電池的基礎(chǔ)思考：思考：如何判斷原電池的正負(fù)極？有幾種方法？如何判斷原電池的正負(fù)極？有幾種方法？ 方法一：根據(jù)兩極材料判斷。方法一：根據(jù)兩極材料判斷。一般活潑金屬為負(fù)極，活潑一般活潑金屬為負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極；性較

7、弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極； 方法二：根據(jù)電子移動(dòng)方向來(lái)判斷方法二：根據(jù)電子移動(dòng)方向來(lái)判斷。電子流出的為負(fù)極、。電子流出的為負(fù)極、電子流入的為正極；電子流入的為正極； 方法三：根據(jù)反應(yīng)類型或得失電子來(lái)判斷。方法三：根據(jù)反應(yīng)類型或得失電子來(lái)判斷。失去電子發(fā)生失去電子發(fā)生氧化的是負(fù)極、得到電子發(fā)生還原反應(yīng)是正極；氧化的是負(fù)極、得到電子發(fā)生還原反應(yīng)是正極； 方法四：根據(jù)電極現(xiàn)象判斷。方法四：根據(jù)電極現(xiàn)象判斷。一般情況下逐漸溶解的電極一般情況下逐漸溶解的電極為負(fù)極，產(chǎn)生氣泡或增重的電極為正極；為負(fù)極，產(chǎn)生氣泡或增重的電極為正極； 方法五：根據(jù)電解質(zhì)溶液中陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向判斷。方法五：根據(jù)電解質(zhì)溶

8、液中陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向判斷。 陰離子流向的電極為負(fù)極、陽(yáng)離子流向的電極為正極；陰離子流向的電極為負(fù)極、陽(yáng)離子流向的電極為正極；思考：思考： 什么類型的化學(xué)反應(yīng)可設(shè)計(jì)成原電池？什么類型的化學(xué)反應(yīng)可設(shè)計(jì)成原電池？ 理論上講，常溫下可自發(fā)進(jìn)行的理論上講，常溫下可自發(fā)進(jìn)行的氧化氧化還原反應(yīng)還原反應(yīng)都能設(shè)計(jì)成原電池。都能設(shè)計(jì)成原電池。從原電池形成條件考慮從原電池形成條件考慮 兩種活潑性不同的金屬兩種活潑性不同的金屬（或其中一（或其中一種為能導(dǎo)電的非金屬，如種為能導(dǎo)電的非金屬，如“碳棒碳棒”）作電作電極。極。其中較活潑金屬為負(fù)極。較不活潑金其中較活潑金屬為負(fù)極。較不活潑金屬（或非金屬）為正極（屬（或非金屬

9、）為正極（正極一般不參與正極一般不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用）。）。 電解質(zhì)溶液（做原電池的內(nèi)電路，電解質(zhì)溶液（做原電池的內(nèi)電路，并參與反應(yīng)）并參與反應(yīng)） 形成閉合回路形成閉合回路 能自發(fā)地發(fā)生能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)兩極一液一連線兩極一液一連線原電池的設(shè)計(jì)思路原電池的設(shè)計(jì)思路 負(fù)極：負(fù)極： 正極：正極：較活潑金屬較活潑金屬 選用比負(fù)極不活潑的金屬選用比負(fù)極不活潑的金屬（從總反應(yīng)中找）（從總反應(yīng)中找） 或用非金屬碳棒或用非金屬碳棒電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液： 從總反應(yīng)中找從總反應(yīng)中找兩極一液一連線兩極一液一連線如：如：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2正極材料還正

10、極材料還可以用？可以用？練習(xí)：設(shè)計(jì)以下反應(yīng)的原電池裝置練習(xí)：設(shè)計(jì)以下反應(yīng)的原電池裝置 1.Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag 2.Cu+2Fe3+=2Fe2+Cu2+練練習(xí)習(xí)1 1、判斷下列裝置是否是原電池？請(qǐng)說(shuō)明理由；、判斷下列裝置是否是原電池？請(qǐng)說(shuō)明理由；若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱，并寫出電極反應(yīng)式若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱，并寫出電極反應(yīng)式. .()()()2H+2e-H2負(fù)極：負(fù)極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：正極正極：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2書寫電極反應(yīng)式：書寫電極反應(yīng)式：先寫總式（離子方程式）先寫總式（離子方程式）再列微粒，標(biāo)得失，用等號(hào)再列微粒，標(biāo)得失，用等號(hào)()()負(fù)極

11、負(fù)極：正極正極：總總反應(yīng)反應(yīng)：正極：正極：負(fù)極負(fù)極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Fe2e-Fe2+Cu2+2e-CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4Al+4OH3e-=AlO2-+2H2O2H2O+2e-=H2+2OH2Al+2OH+ 2H2O =2AlO2-+3H2()思考：思考：Zn和稀和稀H2SO4制制H2時(shí)，為加快反應(yīng)時(shí)，為加快反應(yīng)常加入少量常加入少量CuSO4溶液，為什么？溶液，為什么？電池的廣泛應(yīng)用電池的廣泛應(yīng)用干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池 最早使用的化學(xué)電池是鋅錳電池，即大家所熟最早使用的化學(xué)電池是鋅錳電池，即大家所熟悉的干電池，其構(gòu)造如圖所示。它是一種一

12、次性電悉的干電池，其構(gòu)造如圖所示。它是一種一次性電池，放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不池，放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的）?？赡娴模?。用用鋅筒鋅筒外殼作負(fù)極，外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充位于中央的頂蓋有銅帽的石墨作正極，在石墨周圍填充ZnClZnCl2 2、NHNH4 4ClCl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnOMnO2 2黑色粉末黑色粉末. .負(fù)極(Zn)：Zn 2e- = Zn2+正極(石墨)：2NH4+ + 2e- =2NH3+H2 H2+2MnO2=Mn2O3+H2O 正極產(chǎn)生的NH3又和ZnCl2作用 Zn2

13、+4NH3=【Zn(NH3)4】2+電池總反應(yīng)式：電池總反應(yīng)式： 2Zn+4NH4Cl+2MnO2= 【Zn(NH3)4】Cl2+ ZnCl2+Mn2O3+H2O電解質(zhì)：NH4Cl、MnO2特點(diǎn)：特點(diǎn)： a：電壓通常約為電壓通常約為1.5伏，放電后伏，放電后不能充電再生不能充電再生 b：用用KOH代替代替NH4Cl能提高能提高 性能，延長(zhǎng)壽命性能，延長(zhǎng)壽命 手電手電筒、石筒、石英英鐘、鐘、2.堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池堿性電池堿性電池 電解液電解液: NH4Cl堿性堿性KOH（離子導(dǎo)（離子導(dǎo)電性更好）電性更好）優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于有所提高，適用于電流和

14、電流和連續(xù)放電連續(xù)放電3.3.紐扣電池（紐扣電池（Ag-ZnAg-Zn電池）電池）總反應(yīng)： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag用途：用途：電子手表、液晶顯示的計(jì)算器或一個(gè)小型的助聽器等電子手表、液晶顯示的計(jì)算器或一個(gè)小型的助聽器等二、充電電池二、充電電池手機(jī)專用電池手機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池筆記本電腦專用電池筆記本電腦專用電池化學(xué)能化學(xué)能放電放電充電充電電能電能正極（正極（PbO2）： PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- PbSO4 + 2H2O電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液：稀硫酸稀硫酸放電時(shí)（原電池）的電極反應(yīng)：放電時(shí)（原電池）的電極反應(yīng)：負(fù)極負(fù)極（Pb ）：）： P

15、b + SO42-2e-PbSO4練習(xí)：鉛蓄電池在使用過程中，下列說(shuō)法中正練習(xí)：鉛蓄電池在使用過程中，下列說(shuō)法中正確的是確的是( )A.生產(chǎn)和使用鉛蓄電池時(shí)，不會(huì)引起鉛中毒生產(chǎn)和使用鉛蓄電池時(shí)，不會(huì)引起鉛中毒B.鉛蓄電池轉(zhuǎn)移鉛蓄電池轉(zhuǎn)移2mol電子，消耗電子，消耗2mol硫酸。硫酸。C.使用鉛蓄電池時(shí)，若鉛板上有使用鉛蓄電池時(shí)，若鉛板上有1mol 鉛反應(yīng)，鉛反應(yīng)，就消耗就消耗2molH2SO4D.在使用時(shí)，電池內(nèi)溶液密度不變?cè)谑褂脮r(shí)，電池內(nèi)溶液密度不變BC負(fù)極：Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2正極：2NiO（OH）+2H2O+2e-=2Ni(OH) 2+2OH-總反應(yīng)：Cd+2NiO(OH

16、)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2在鋰電池中，電解質(zhì)能是水溶液形式嗎？鋰是活潑金屬且能與水反應(yīng)，故不能是電解質(zhì)的水溶液，通常為非水溶劑。負(fù)極（Li）：Li-e-=Li+正極（MnO2）：MnO2+Li+e-=LiMnO2總反應(yīng)：MnO2+Li= LiMnO2 電池中含有大量的電池中含有大量的重金屬重金屬如鋅、鉛、鎘、汞、錳等。如鋅、鉛、鎘、汞、錳等。據(jù)專家測(cè)試，一節(jié)紐扣電池?fù)?jù)專家測(cè)試，一節(jié)紐扣電池能污染能污染6060萬(wàn)升水；一節(jié)一號(hào)萬(wàn)升水；一節(jié)一號(hào)電池爛在地里，能使一平方電池爛在地里，能使一平方米的土地失去利用價(jià)值。若米的土地失去利用價(jià)值。若將廢舊電池混入生活垃圾一將廢舊電池混入生

17、活垃圾一起填埋，滲出的重金屬物質(zhì)起填埋，滲出的重金屬物質(zhì)就會(huì)滲透土壤、污染地下水，就會(huì)滲透土壤、污染地下水，進(jìn)而進(jìn)入魚類、農(nóng)作物等，進(jìn)而進(jìn)入魚類、農(nóng)作物等，破壞人類的生存環(huán)境，間接破壞人類的生存環(huán)境，間接威脅到人類的健康，有的還威脅到人類的健康，有的還能致癌。所以我們不要亂扔能致癌。所以我們不要亂扔電池，要及時(shí)回收。電池，要及時(shí)回收。 廢舊電池的回收利用廢舊電池的回收利用燃料電池燃料電池高效、環(huán)境友好的化學(xué)電池高效、環(huán)境友好的化學(xué)電池它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，鉑電極，活性炭電極活性炭電極等。等。(例如：例如：H2

18、和和O2的燃料電池，的燃料電池，CH4和和O2的燃料電池的燃料電池)一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。的化學(xué)電池。小型高性能燃料小型高性能燃料電池電池 1. 1. 氫氧燃料電池氫氧燃料電池正負(fù)極材料正負(fù)極材料負(fù)極：通負(fù)極：通氫氣氫氣（燃料）（燃料）正極：通正極：通氧氣氧氣（氧化劑）（氧化劑）電解質(zhì)：電解質(zhì)：H H2 2SOSO4 4溶液溶液/NaOH/NaOH溶液溶液電極電極：使用使用鉑鉑電極電極或者或者多孔性碳多孔性碳特點(diǎn)：特點(diǎn)： 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而

19、是在工作時(shí)，不斷從外界輸入，同時(shí)將電在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池，極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池，高效環(huán)境污染少高效環(huán)境污染少。介質(zhì)介質(zhì)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： 2H2 + = 2H2O 酸酸性性H2SO4負(fù)極負(fù)極正極正極堿性堿性KOH負(fù)極負(fù)極正極正極2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-練習(xí)練習(xí)：氫氧燃料電池是將：氫氧燃料電池是將H2和和O2 分別同入電分別同入電 池，穿過侵入池，穿過侵入H2SO4溶液的多孔碳電極，則下溶液的多孔碳電極，則下 列敘述正確的是：列敘述正確的是： A 通通H2的一極為正極，通氧氣的一極為負(fù)極的一極為正極，通氧氣的一極為負(fù)極 B 通通O2的一極為正極，通的一極為正極，通H2的一極為負(fù)極的一極為負(fù)極 C 工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液的工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液的PH值增大值增大 D 工作時(shí)負(fù)極附近工作時(shí)負(fù)極附近PH值增大值增大BC2.2.甲烷燃料電池甲烷燃料電池該燃料電池用鉑或石墨作電極該燃料電池用鉑或石墨作電極, ,在兩極分別在兩極分別通甲烷和氧氣通甲烷和