原電池與化學(xué)電源

1、A一、原電池一、原電池1 1、定義：、定義：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置。將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置。4 4、原電池原理：、原電池原理：2 2、原電池反應(yīng)的本質(zhì)是、原電池反應(yīng)的本質(zhì)是: : 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)3 3、原電池組成條件、原電池組成條件能自發(fā)進(jìn)行的（放熱的）氧化還原反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的（放熱的）氧化還原反應(yīng)兩個(gè)電極和電解質(zhì)溶液兩個(gè)電極和電解質(zhì)溶液形成閉合回路形成閉合回路負(fù)極負(fù)極正極正極還原劑還原劑(Zn)失去電失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)子，發(fā)生氧化反應(yīng)氧化劑氧化劑(H+)在銅在銅極上得到電子，極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)還原劑失去還原劑失去的電子從鋅的電子從鋅極流出極流出流

2、入銅極流入銅極經(jīng)經(jīng)外電路外電路原電池.swfSO42-H+內(nèi)電路內(nèi)電路判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？鹽橋中通常裝鹽橋中通常裝有含瓊膠的有含瓊膠的KCl飽和溶液飽和溶液鹽橋的作用：鹽橋的作用：維持溶液電中性維持溶液電中性 形成閉合回路形成閉合回路電解質(zhì)溶液發(fā)電解質(zhì)溶液發(fā)生還原反應(yīng)且生還原反應(yīng)且起導(dǎo)電作用起導(dǎo)電作用負(fù)極液只起導(dǎo)電作負(fù)極液只起導(dǎo)電作用正極液發(fā)生還原用正極液發(fā)生還原反應(yīng)且起導(dǎo)電作用反應(yīng)且起導(dǎo)電作用雙液原電池雙液原電池電解質(zhì)溶電解質(zhì)溶液的作用液的作用單液原電池單液原電池電極電極電極反應(yīng)電極反應(yīng) 負(fù)極負(fù)極-鋅片鋅片 正極正極-銅片銅片負(fù)極：負(fù)極：Zn Zn 2

3、e2e- - ZnZn2+2+正極正極：CuCu2+ 2+ + 2e- + 2e- CuCu雙液原電池的優(yōu)點(diǎn)：雙液原電池的優(yōu)點(diǎn)：1、能量轉(zhuǎn)化率高、能量轉(zhuǎn)化率高2、能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定、能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流的電流3、防止自放電、防止自放電5 5、原電池正負(fù)極的判斷、原電池正負(fù)極的判斷5.5.根據(jù)電極現(xiàn)象來(lái)判斷根據(jù)電極現(xiàn)象來(lái)判斷 4.4.根據(jù)電解質(zhì)溶液離子移動(dòng)的方向判斷根據(jù)電解質(zhì)溶液離子移動(dòng)的方向判斷 3.3.根據(jù)電極反應(yīng)類(lèi)型判斷根據(jù)電極反應(yīng)類(lèi)型判斷 1.1.由組成原電池的電極材料判斷由組成原電池的電極材料判斷2.2.根據(jù)電子根據(jù)電子( (電流電流) )流動(dòng)的方向判斷流動(dòng)的方向判斷 一般是活潑的金屬為負(fù)

4、極一般是活潑的金屬為負(fù)極活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極電子是由負(fù)極流向正極。電子是由負(fù)極流向正極。電流是由正極流向負(fù)極；電流是由正極流向負(fù)極；原電池的負(fù)極自身失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，原電池的負(fù)極自身失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極溶液中的陽(yáng)離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)。正極溶液中的陽(yáng)離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)。陽(yáng)離子陽(yáng)離子正極正極陰離子陰離子負(fù)極負(fù)極 不斷溶解，質(zhì)量減少為負(fù)極；不斷溶解，質(zhì)量減少為負(fù)極；有氣體產(chǎn)生有氣體產(chǎn)生, 質(zhì)量增加為正極。質(zhì)量增加為正極。ac d b練習(xí)：練習(xí)：1、把、把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬浸入稀硫酸四塊金屬浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。

5、中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若若a、b相連時(shí)，相連時(shí)，a為負(fù)極；為負(fù)極； c、d相連時(shí)，電流由相連時(shí)，電流由d到到c； a、c相連時(shí)，相連時(shí)，c極產(chǎn)生大量氣泡，極產(chǎn)生大量氣泡， b、d相連時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子向相連時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子向b極移動(dòng)。極移動(dòng)。則四種金屬的活潑性順序?yàn)椋簞t四種金屬的活潑性順序?yàn)椋?AMg Al 稀稀H2SO4ACu Al濃濃HNO3ACu Fe濃濃HNO3AMg Al NaoH溶液溶液判斷下列原電池的正負(fù)極判斷下列原電池的正負(fù)極2H2H+ +2e+2e- -H H2 2負(fù)極：負(fù)極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：正極正極：ZnZn2e2e- -ZnZn2+2+Zn+2HZn+2H+ +

6、ZnZn2+2+H+H2 2根據(jù)氧化還原反應(yīng)確定還原劑、氧化劑、還原產(chǎn)物和氧根據(jù)氧化還原反應(yīng)確定還原劑、氧化劑、還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。以及轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目?；a(chǎn)物。以及轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目。負(fù)極是氧化反應(yīng)的部分，正極是還原反應(yīng)的部分。負(fù)極是氧化反應(yīng)的部分，正極是還原反應(yīng)的部分。電極反應(yīng)是一種電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)離子反應(yīng)，遵循書(shū)寫(xiě)離子反應(yīng)式的一切，遵循書(shū)寫(xiě)離子反應(yīng)式的一切規(guī)則規(guī)則6、電極反應(yīng)式、電極反應(yīng)式ZnCu練習(xí)：練習(xí)：1、判斷右邊原電池的正、負(fù)極，、判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。 CuFeCl3溶液溶液負(fù)極：負(fù)極： Cu - 2e- = Cu2+正極：正極： 2Fe

7、3+ + 2e- = 2Fe2+A先寫(xiě)出總反應(yīng)先寫(xiě)出總反應(yīng)拆成離子方程式：拆成離子方程式：Cu + 2Fe3 = Cu2 + 2Fe2根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極CCu+2FeCl3 = CuCl2 +2FeCl22)、請(qǐng)寫(xiě)出右邊原電池的請(qǐng)寫(xiě)出右邊原電池的電極方程式。電極方程式?？偡磻?yīng)方程式：總反應(yīng)方程式：負(fù)極：負(fù)極：Al，失，失 2Al - 6e 2Al3+2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O 負(fù)極：負(fù)極： 2Al +8OH- 6e- 2AlO2- + 4H2O 正極：總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極：總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)6H2O 6e 6OH 3H2拆成離子方程式：拆成離

8、子方程式：2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H22Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2第二課時(shí)第二課時(shí)燃料電池的電極反應(yīng)和總反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)步驟燃料電池的電極反應(yīng)和總反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)步驟 1 、寫(xiě)出燃料電池總反應(yīng)、寫(xiě)出燃料電池總反應(yīng) 總反應(yīng)方程式仍是可燃物在氧氣中燃燒的方程式總反應(yīng)方程式仍是可燃物在氧氣中燃燒的方程式。當(dāng)然由于涉及電解質(zhì)溶液，所以燃燒產(chǎn)物可能還當(dāng)然由于涉及電解質(zhì)溶液，所以燃燒產(chǎn)物可能還要與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，再寫(xiě)出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)要與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，再寫(xiě)出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式，從而得到總反應(yīng)方程式。溶液反應(yīng)的方程式，從而得到總反應(yīng)

9、方程式。2、寫(xiě)出燃料電池正極的電極反應(yīng) 燃料電池正極一般都是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)。當(dāng)解質(zhì)為堿性環(huán)境時(shí)，正極的電極反應(yīng)為 O2 + 4e- + 2H2O 4OH-當(dāng)電解質(zhì)為酸性環(huán)境時(shí)，正極的電極反應(yīng)為： O2 + 4e-+ 4H+ 2H2O 當(dāng)電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如Li2CO3和Na2CO3熔融鹽混和物）正極反應(yīng)式為O2 2CO2 + 4e- = 2CO32-當(dāng)電解質(zhì)為熔融氧化物（如固體氧化鋯氧化釔）正極反應(yīng)式應(yīng)為O2 4e- = 2O2-3 3、最后寫(xiě)出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)、最后寫(xiě)出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng) 負(fù)極的電極反應(yīng)負(fù)極的電極反應(yīng)= = 總反應(yīng)總反應(yīng) 正極的電極反正極的電極反應(yīng)應(yīng)負(fù)極

10、負(fù)極=總反應(yīng)總反應(yīng)正極反應(yīng)正極反應(yīng) 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 正極正極: O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2+ O22H2O練習(xí)：以練習(xí)：以Pt為電極，電解質(zhì)溶液為為電極，電解質(zhì)溶液為 KOH溶液的氫氧燃料電池溶液的氫氧燃料電池作業(yè)：導(dǎo)練作業(yè)：導(dǎo)練4141頁(yè)頁(yè) 變式變式1 1、變式、變式2 2二、原電池原理的應(yīng)用二、原電池原理的應(yīng)用加快反應(yīng)速率：加快反應(yīng)速率： 例如，實(shí)驗(yàn)室制例如，實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí)，由于鋅太純，時(shí)，由于鋅太純，反應(yīng)一般較慢，可加入少量反應(yīng)一般較慢，可加入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。以加快反應(yīng)速率。例題：例題：X X、Y Y、Z Z

11、、W W四種金屬片進(jìn)入稀鹽酸中四種金屬片進(jìn)入稀鹽酸中, ,用導(dǎo)線連接用導(dǎo)線連接, ,可以組成原電池可以組成原電池, ,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖圖: :則四種金屬的活潑性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)閯t四種金屬的活潑性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)閆YXW判斷金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱判斷金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱制作化學(xué)電源制作化學(xué)電源三、原電池的設(shè)計(jì)三、原電池的設(shè)計(jì) 什么樣的化學(xué)反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池？什么樣的化學(xué)反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池？ 原電池在設(shè)計(jì)的時(shí)候包括哪些部分？原電池在設(shè)計(jì)的時(shí)候包括哪些部分？ 揭示鋼鐵腐蝕的原因及防腐的辦法。揭示鋼鐵腐蝕的原因及防腐的辦法。1 1、根據(jù)電池反應(yīng)寫(xiě)出電極反應(yīng)、根據(jù)電池反應(yīng)寫(xiě)出電極反應(yīng)2 2、選擇電極

12、材料、選擇電極材料兩種活性不同的金屬兩種活性不同的金屬 金屬金屬非金屬非金屬 惰性電極惰性電極3 3、選擇電解質(zhì)溶液、選擇電解質(zhì)溶液?jiǎn)我涸姵氐碾娊赓|(zhì)溶液要能夠與負(fù)極單液原電池的電解質(zhì)溶液要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)（含有參與正極反應(yīng)的陽(yáng)離子）發(fā)生反應(yīng)（含有參與正極反應(yīng)的陽(yáng)離子）雙液原電池的負(fù)極電解液應(yīng)有與負(fù)極材雙液原電池的負(fù)極電解液應(yīng)有與負(fù)極材料相同的陽(yáng)離子，正極電解液要含有參料相同的陽(yáng)離子，正極電解液要含有參與正極反應(yīng)的陽(yáng)離子與正極反應(yīng)的陽(yáng)離子 根據(jù)以下反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)能持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生電流的根據(jù)以下反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)能持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生電流的 原電池裝置，畫(huà)出裝置圖。原電池裝置，畫(huà)出裝置圖。 Cu+2AgNO3=C

13、u(NO3)2+2AgAAgCuCu(NO3)2AgNO3AgCu(NO3)2ACu試將下列兩個(gè)氧化還原反應(yīng)分別設(shè)計(jì)成原電池試將下列兩個(gè)氧化還原反應(yīng)分別設(shè)計(jì)成原電池 Zn + 2AgNO3 = Zn(NO3)2 + 2Ag 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+課堂練習(xí)課堂練習(xí)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源1. 干電池干電池（一次性電池，不可逆）（一次性電池，不可逆）為了充分有效地利用鋅錳電池，用為了充分有效地利用鋅錳電池，用KOHKOH代替代替NHNH4 4ClCl，制，制成了堿性電池，能提高性能，延長(zhǎng)壽命成了堿性電池，能提高性能，延長(zhǎng)壽命正極正極： 碳棒碳棒負(fù)極負(fù)極： 鋅筒鋅筒電解質(zhì)：糊狀電

14、解質(zhì)：糊狀NH4ClNH4Cl顯酸性，會(huì)腐蝕鋅筒顯酸性，會(huì)腐蝕鋅筒 Zn-2e-=Zn2+2MnO22NH4+2eMn2O32NH3H2O 2. 2.充電電池充電電池( (又稱二次電池又稱二次電池) )充電電池又稱二次電池，它在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原充電電池又稱二次電池，它在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)又逆向進(jìn)行，使生成物恢復(fù)原狀，如此反應(yīng)，在充電時(shí)又逆向進(jìn)行，使生成物恢復(fù)原狀，如此充放電可循環(huán)進(jìn)行，至一定周期后終止。充放電可循環(huán)進(jìn)行，至一定周期后終止。充電電池是兩充電電池是兩極都參加反應(yīng)的電池。它們的負(fù)極是較活潑的金屬，正極都參加反應(yīng)的電池。它們的負(fù)極是較活潑的金屬，正極一般是金屬氧

15、化物。極一般是金屬氧化物。（1 1）鉛蓄電池）鉛蓄電池負(fù)極：負(fù)極：Pb正極：正極：PbO2電解質(zhì)：電解質(zhì)：H2SO4溶液溶液Pb + SO42- - 2e- =PbSO4PbO2SO42十4H+2ePbSO42H2O PbPbO22H2SO4PbSO4十2H2O 1.1.切忌虧電存放。虧電狀態(tài)指電瓶使用后沒(méi)及時(shí)充電，容易出切忌虧電存放。虧電狀態(tài)指電瓶使用后沒(méi)及時(shí)充電，容易出現(xiàn)硫酸鹽化，硫酸鉛結(jié)晶物附在極板上，堵塞電離子通道，造現(xiàn)硫酸鹽化，硫酸鉛結(jié)晶物附在極板上，堵塞電離子通道，造成充電不足，電瓶容量下降。電瓶閑置不用時(shí)，應(yīng)每月充電一成充電不足，電瓶容量下降。電瓶閑置不用時(shí)，應(yīng)每月充電一次，這能

16、延長(zhǎng)電瓶使用壽命。次，這能延長(zhǎng)電瓶使用壽命。 2.2.勿大電流放電電動(dòng)自行車(chē)在起步、載人、上坡時(shí)，最好用腳勿大電流放電電動(dòng)自行車(chē)在起步、載人、上坡時(shí)，最好用腳蹬助力，盡量避免瞬間大電流放電。大電流放電容易導(dǎo)致硫酸蹬助力，盡量避免瞬間大電流放電。大電流放電容易導(dǎo)致硫酸鉛結(jié)晶，從而損害電瓶極板的物理性能。鉛結(jié)晶，從而損害電瓶極板的物理性能。 3.3.掌握充電時(shí)間一般情況下蓄電池都在夜間進(jìn)行充電，平均充掌握充電時(shí)間一般情況下蓄電池都在夜間進(jìn)行充電，平均充電時(shí)間在電時(shí)間在8 8小時(shí)左右。若是淺放電（充電后行駛里程很短），電小時(shí)左右。若是淺放電（充電后行駛里程很短），電瓶很快就會(huì)充滿，繼續(xù)充電就會(huì)出現(xiàn)過(guò)

17、充現(xiàn)象，導(dǎo)致電瓶失水、瓶很快就會(huì)充滿，繼續(xù)充電就會(huì)出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象，導(dǎo)致電瓶失水、發(fā)熱，降低電瓶壽命。發(fā)熱，降低電瓶壽命。4.4.防止高溫曝曬電動(dòng)車(chē)嚴(yán)禁在陽(yáng)光下曝曬。溫度過(guò)高的環(huán)境會(huì)防止高溫曝曬電動(dòng)車(chē)嚴(yán)禁在陽(yáng)光下曝曬。溫度過(guò)高的環(huán)境會(huì)使蓄電池內(nèi)部壓力增加而使電瓶限壓閥被迫自動(dòng)開(kāi)啟，直接后使蓄電池內(nèi)部壓力增加而使電瓶限壓閥被迫自動(dòng)開(kāi)啟，直接后果就是增加電瓶的失水量，而電瓶過(guò)度失水必然引發(fā)電瓶活性果就是增加電瓶的失水量，而電瓶過(guò)度失水必然引發(fā)電瓶活性下降。下降。鋰電鋰電池池（2）鎳鎘堿性蓄電池）鎳鎘堿性蓄電池負(fù)極：負(fù)極：Cd正極：正極：NiO(OH)電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOHCdCd是致癌物質(zhì)，廢棄鎳鎘電

18、池是致癌物質(zhì)，廢棄鎳鎘電池如不回收會(huì)污染環(huán)境如不回收會(huì)污染環(huán)境（3）新一代可充電的綠色電池）新一代可充電的綠色電池鋰離子電池鋰離子電池特點(diǎn)：特點(diǎn)：高能電池，電壓高，高能電池，電壓高， 質(zhì)量輕，貯存時(shí)間長(zhǎng)等。質(zhì)量輕，貯存時(shí)間長(zhǎng)等。用途用途：電腦、手表、：電腦、手表、 心臟起搏器等。心臟起搏器等。3 3、 燃料電池燃料電池它的電極材料一般為鉑電極和活性炭電極（它的電極材料一般為鉑電極和活性炭電極（兩極兩極均不參加反應(yīng)均不參加反應(yīng)），而是由外設(shè)備提供燃料和氧氣。），而是由外設(shè)備提供燃料和氧氣。工作原理：工作原理：將燃料和氧化劑（將燃料和氧化劑（O O2 2）反應(yīng)放出化學(xué)能直接轉(zhuǎn)）反應(yīng)放出化學(xué)能直接轉(zhuǎn)

19、化為電能?；癁殡娔?。反應(yīng)時(shí)反應(yīng)時(shí)燃料從負(fù)極進(jìn)入，燃料從負(fù)極進(jìn)入，O2從正極進(jìn)入從正極進(jìn)入。氫氧燃料電池氫氧燃料電池是以是以H2為燃料，產(chǎn)物為為燃料，產(chǎn)物為H2O的一種高效低污染的的一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為鉑電極和活性炭電極（它的電極材料一般為鉑電極和活性炭電極（兩極兩極均不參加反應(yīng)均不參加反應(yīng)），而是由外設(shè)備提供燃料和氧化），而是由外設(shè)備提供燃料和氧化劑，反應(yīng)時(shí)劑，反應(yīng)時(shí)H2從負(fù)極進(jìn)入，從負(fù)極進(jìn)入，O2從正極進(jìn)入從正極進(jìn)入，電解，電解質(zhì)溶液一般為質(zhì)溶液一般為40%的的KOH溶液或稀硫酸溶液。溶液或稀硫酸溶液。負(fù)極：負(fù)極：正極：正

20、極： 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式： 當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀H H2 2SOSO4 42H2 - 4e-=4H+ O2+ 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 + O2 = 2H2O2H2 +4OH- - 4e-=4H2OO2+2H2O+ 4e-= 4OH-當(dāng)電解質(zhì)溶液為當(dāng)電解質(zhì)溶液為KOH溶液時(shí)溶液時(shí)負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：練習(xí)練習(xí)1、甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為、甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），溶液）， 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 正極正極：負(fù)極：負(fù)極：練習(xí)練習(xí)2、用、用Li2CO3和和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽(yáng)極燃?xì)?，空氣與為陽(yáng)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)猓幕旌蠚鉃殛帢O助燃?xì)?，制得?/p>