原電池精選課件

1、原電池原電池的定義在高中階段來說，原電池是將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。其原理也是通過化學反應(yīng)（在正負極發(fā)生不同的氧化還原反應(yīng)）使閉合電路中產(chǎn)生電子流，從而產(chǎn)生電流的。其中在負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原化反應(yīng)。原電池是將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以，根據(jù)定義，普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。組成原電池的基本條件1將兩種活潑性不同的金屬(或?qū)щ妴钨|(zhì))(Pt和石墨為惰性電極，即本身不會得失電子)(一種是相對較活潑金屬一種是相對較不活潑金屬)2用導線連接后插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路。3要發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。 原電池工作原理原電 原電池池是將一個能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)

2、和還原反應(yīng)分別在原電池的負極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，簡易記法：負失氧，正得還。 原電池的電極的判斷：負極：電子流出的一極；化合價升高的一極；發(fā)生氧化反應(yīng)的一極；活潑性相對較強（有時候也要考慮到電解質(zhì)溶液對兩極的影響）金屬的一極。 正極：電子流入的一極；化合價降低的一極；發(fā)生還原反應(yīng)的一極；相對不活潑（有時候也要考慮到電解質(zhì)溶液對兩極的影響）的金屬或其它導體的一極。 在原電池中，外電路為電子導電，電解質(zhì)溶液中為離子導電。 原電池的判定：（1）先分析有無外接電路，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要

3、是“四看”：看電極兩極為金屬或?qū)щ妴钨|(zhì)且存在活潑性差異（燃料電池的電極一般為惰性電極）；看溶液兩極插入電解質(zhì)中；看回路形成閉合回路或兩極直接接觸；看本質(zhì)有無氧化還原反應(yīng)。 （2）多池相連，但無外接電源時，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。 原電池應(yīng)用 制造各種電池原電池表示方法原電 原電池池的組成用圖示表達，未免過于麻煩。為書寫簡便，原電池的裝置常用方便而科學的符號來表示。其寫法習慣上遵循如下幾點規(guī)定： 1. 一般把負極（如Zn棒與Zn2+離子溶液）寫在電池符號表示式的左邊，正極（如Cu棒與Cu2+離子溶液）寫在電池符號表示式的右邊。 2. 以化學式表示電池中各物質(zhì)的組成

4、，溶液要標上活度或濃度（mol/L），若為氣體物質(zhì)應(yīng)注明其分壓(Pa)，還應(yīng)標明當時的溫度。如不寫出，則溫度為298.15K，氣體分壓為101.325kPa，溶液濃度為1mol/L。 3. 以符號“”表示不同物相之間的接界，用“”表示鹽橋。同一相中的不同物質(zhì)之間用“，”隔開。 4. 非金屬或氣體不導電，因此非金屬元素在不同氧化值時構(gòu)成的氧化還原電對作半電池時，需外加惰性導體（如 原電池鉑或石墨等）做電極導體。其中，惰性導體不參與電極反應(yīng)，只起導電（輸送或接送電子）的作用，故稱為“惰性”電極。 按上述規(guī)定，CuZn原電池可用如下電池符號表示： （-）Zn(s)Zn2+ (C)Cu2+ (C) C

5、u(s) （+） 理論上，任何氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池，例如反應(yīng): Cl2+ 2I- 2Cl- +I2 此反應(yīng)可分解為兩個半電池反應(yīng)： 負極：2I- I2+ 2e- （氧化反應(yīng)） 正極：Cl2+2e- 2Cl-（還原反應(yīng)） 該原電池的符號為： （-）Pt I2(s)I- (C)Cl- (C)C2(PCL2) Pt（+）常見的原電池常用原電池有鋅錳干電池、鋅汞電池、鋅銀扣式電池及鋰電池等。 1 鋅 原電池錳干電池：鋅錳電池具有原材料來源豐富、工藝簡單，價格便宜、使用方便等優(yōu)點，成為人們使用最多、最廣泛的電池品種。鋅錳電池以鋅為負極，以二氧化錳為正極。按照基本結(jié)構(gòu)，鋅錳電池可制成圓筒形、扣式

6、和扁形，扁形電池不能單個使用，可組合疊層電池（組）。按照所用電解液的差別將鋅錳電池分為三個類型： (1)銨型鋅錳電池：電解質(zhì)以氯化銨為主，含少量氯化鋅。 電池符號:(-) ZnNH4ClZnCl2MnO2 (+) 總電池反應(yīng)： Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O (2) 鋅型鋅錳電池：又稱高功率鋅錳電池，電解質(zhì)為氯化鋅，具有防漏性能好，能大功率放電及能量密度較高等優(yōu)點，是鋅錳電池的第二代產(chǎn)品，20世紀70年代初首先由德國推出。與銨型電池相比鋅型電池長時間放電不產(chǎn)生水，因此電池不易漏液。 電池符號：(-) ZnZnCl2MnO2 (+) 總電池反應(yīng)（長時間

7、放電）： Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl22ZnO4H2O+2Mn3O4 (3) 堿性鋅錳電池：這是鋅錳電池的第三代產(chǎn)品，具有大功率放電性能好、能量密度高和低溫性能好等優(yōu)點。 電池符號：(-) ZnKOHMnO2 (+) 總電池反應(yīng)： Zn+2H2O+2MnO2=2Mn(OH)+Zn(OH)2 鋅錳電池額定開路電壓為1.5V，實際開路電壓1.51.8V ，其工作電壓與放電負荷有關(guān)，負荷越重或放電電阻越小，閉路電壓越低。用于手電筒照明時，典型終止電壓為0.9V，某些收音機允許電壓降至0.75V。2鋰原電池：又稱鋰電池，是以金屬鋰為負極的電池總稱。鋰的電極電勢最負相對分子質(zhì)量

8、最小，導電性良好，可制成一系列貯存壽命長，工作溫度范圍寬的高能電池。根據(jù)電解液和正極物質(zhì)的物理狀態(tài)，鋰電池有三種不同的類型，即：固體正極有機電解質(zhì)電池、液體正極液體電解質(zhì)電池、固體正極固體電解質(zhì)電池。Li(CF)n的開路電壓為3.3V，比能量為480WhL-1，工作溫度在-5570間，在20下可貯存10年之久！它們都是近年來研制的新產(chǎn)品，目前主要用于軍事、空間技術(shù)等特殊領(lǐng)域，在心臟起搏器等微、小功率場合也有應(yīng)用。原電池的形成條件（1）電極材料由兩種金屬活動性不同的金屬或由金屬與其他導電的材料（非金屬或某些氧化物等）組成。 （2）兩電極必須浸泡在電解質(zhì)溶液中，自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。 （3）兩電極之

9、間有導線連接，形成閉合回路。 電極反應(yīng)方程式的書寫負極：活潑金屬失電子，看陽離子能否在電解液中大量存在。如果金屬陽離子不能與電解液中的離子共存，則進行進一步的反應(yīng)。例：甲烷燃料電池中，電解液為KOH，負極甲烷失8個 電子生成CO2和H2O，但CO2不能與OH-共存，要進一步反應(yīng)生成碳酸根。 正極：當負極材料能與電解液直接反應(yīng)時，溶液中的陽離子得電子。例：鋅銅原電池中，電解液為HCl，正極H+得電子生成H2。當負極材料不能與電解液反應(yīng)時，溶解在電解液中的O2得電子。如果電解液呈酸性，O2+4e-+4H+=2H2O；如果電解液呈中性或堿性，O2+4e-+2H2O=4OH-。 特殊情況:Mg-Al-

10、NaOH，Al作負極。負極：Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O；正極：2H2O+2e-=H2+2OH- Cu-Al-HNO3，Cu作負極。 備注：Fe作負極時，氧化產(chǎn)物是Fe2+而不可能是Fe3+；肼（N2H4）和NH3的電池反應(yīng)產(chǎn)物是H2O和N2 無論是總反應(yīng)，還是電極反應(yīng)，都必須滿足電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒。 pH變化規(guī)律電極周圍：消耗OH-(H+)，則電極周圍溶液的pH減?。ㄔ龃螅环磻?yīng)生成OH-(H+)，則電極周圍溶液的pH增大（減?。?。切記，電極周圍只要消耗OH-，PH就減小，不會受“原電池中OH-（陰離子）向負極移動”的影響。 溶液：若總反應(yīng)的結(jié)果是消耗OH-(H+)

11、，則溶液的pH減?。ㄔ龃螅?；若總反應(yīng)的結(jié)果是生成OH-(H+)，則溶液的pH增大（減?。蝗艨偡磻?yīng)消耗和生成OH-(H+)的物質(zhì)的量相等，則溶液的pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。常用原電池方程式1CuH2SO4Zn原電池 正極： 2H+ + 2e- H2 負極： Zn - 2e- Zn2+ 總反應(yīng)式： Zn + 2H+ = Zn2+ + H22.CuFeCl3C原電池 正極： 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ 負極： Cu - 2e- Cu2+ 總反應(yīng)式： 2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+3鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧

12、腐蝕 正極：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 負極：2Fe - 4e- 2Fe2+ 總反應(yīng)式：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe（OH)2 4氫氧燃料電池（中性介質(zhì)） 正極：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 負極：2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O 5氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)） 正極：O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 負極：2H2 - 4e- 4H+ 總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O 6氫氧燃料電池（堿性介質(zhì)） 正極：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 負極：2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O

13、總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O 7鉛蓄電池（放電） 正極 (PbO2) ： PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ PbSO4 + 2H2O 負極 (Pb) ：Pb- 2e-+ (SO4)2- PbSO4 總反應(yīng)式： Pb+PbO2+4H+ 2(SO4)2- = 2PbSO4 + 2H2O 8AlNaOHMg原電池 正極：6H2O + 6e- 3H2 + 6OH- 負極：2Al - 6e- + 8OH- 2AlO2- + 4H2O 總反應(yīng)式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2- + 3H2 9CH4燃料電池(堿性介質(zhì)) 正極：2O2 + 4H2O + 8e- 8OH-

14、負極：CH4 -8e- + 10OH- (CO3)2- + 7H2O 總反應(yīng)式：CH4 + 2O2 + 2OH- = (CO3)2- + 3H2O 10熔融碳酸鹽燃料電池 （Li2CO3和Na2CO3熔融鹽作電解液，CO作燃料）： 正極：O2 + 2CO2 + 4e- 2(CO3)2- (持續(xù)補充CO2氣體) 負極：2CO + 2(CO3)2- - 4e- 4CO2 總反應(yīng)式：2CO + O2 = 2CO2 11銀鋅紐扣電池(堿性介質(zhì)) 正極 (Ag2O) ：Ag2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH- 負極 (Zn) ：Zn + 2OH- -2e- ZnO + H2O 總反應(yīng)式：Z

15、n + Ag2O = ZnO + 2Ag 12. 堿性鋅錳電池（KOH介質(zhì)） 正極（MnO2）：2MnO2+2H2O + 2e- 2MnOOH+2OH- 負極（Zn）：Zn + 2OH- -2e- Zn（OH）2 總反應(yīng)式：Zn + 2MnO2+2H2O 2MnOOH+ Zn（OH）2 13電解飽和食鹽水 陽極（失電子）：2cl - 2e- = cl2 氧化反應(yīng)，產(chǎn)物氯氣，現(xiàn)象：不斷有氯氣放出 陰極（得電子）：2H+ + 2e = H2 還原反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，現(xiàn)象：不斷有氫氣放出,燃料電池燃料電池是一種不經(jīng)燃燒，將燃料的化學能經(jīng)過電化學反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，它和其他電池中的氧化還原反應(yīng)一樣，

16、都是自發(fā)的化學反應(yīng)，不會發(fā)出火焰，其化學能可以直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電池。所有的燃料電池的工作原理都是一樣的，其電極反應(yīng)的書寫同樣是有規(guī)律可循的。一般燃料電池發(fā)生的電化學反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃燒產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃燒反應(yīng)寫出總的電池反應(yīng)，但不注明反應(yīng)的條件。負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，不過要注意一般電解質(zhì)溶液要參與電極反應(yīng)。 現(xiàn)以氫氧燃料電池為例進行說明： 氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）做電極材料，負極通入H2，正極通入O2，電解質(zhì)溶液通常選用KOH。在負極上氫氣失去電子變成 H+進入溶液，H+又與溶液中的OH-繼續(xù)反應(yīng)生成H2O，因此在負極發(fā)生的反應(yīng)為H2 2e- = 2H+ ，H+

17、 + 2OH- = H2O，所以： 負極的電極反應(yīng)式為：2H2 4e- + 4OH- = 4H2O； 正極是O2得到電子，即：O2 + 4e- = 2O2- ，O2-在堿性條件下不能單獨存在，只能結(jié)合H2O生成OH-即：O2- + H2O = 2OH- ，因此： 正極反應(yīng)式為：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 。 總反應(yīng)為：2H2 + O2 = 2H2O。 注意：若在酸性條件下， 負極反應(yīng)式為：2H2 -4e- = 4H+ 正極反應(yīng)式為：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O(O2 + 4e- = 2O2- ，2O2- + 4H+ = 2H2O) 總反應(yīng)為：2H2 + O2 = 2H2O。鹽橋如Cu-Zn原電池中以KCl溶液做電解質(zhì) KCl在這個裝置中稱為鹽橋。 鹽橋的作用僅僅是導電【相當于導線的作用】，將兩個燒杯形成閉合回路，否則就相當于斷開，而鹽橋的導電是利用了其中