原電池（教學(xué)課件）- 高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

1、第四章 化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié) 原電池 情境導(dǎo)入水果可以發(fā)電嗎？1、以鋅銅原電池為例，理解原電池的工作原理及其應(yīng)用。2、學(xué)會判斷原電池的正、負(fù)極。3、掌握原電池和常見化學(xué)電源的反應(yīng)方程式和電極反應(yīng)式的書寫。4、了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。5、了解廢舊電池對環(huán)境的危害，培養(yǎng)良好的環(huán)保意識。課程目標(biāo)01原電池的工作原理（一）原電池原理1、原電池的概念和構(gòu)成條件（1）概念：是將_轉(zhuǎn)化為_的裝置。其反應(yīng)實質(zhì)是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。化學(xué)能電能（2）構(gòu)成條件電極兩電極為導(dǎo)體，且存在活動性差異，一般活動性_的金屬做負(fù)極，活動性_的金屬或非金屬導(dǎo)體做正極溶液有_溶液回路形成閉合回路，即滿足：(1)兩電極直

2、接接觸(靠在一起)或間接接觸(用導(dǎo)線相連)；(2)兩電極插入電解質(zhì)溶液中本質(zhì)_反應(yīng)較強較弱電解質(zhì)自發(fā)的氧化還原原電池的工作原理原電池的工作原理2、原電池的工作原理(以鋅銅原電池為例)原電池的工作原理電極名稱負(fù)極正極電極材料_電極反應(yīng)_反應(yīng)類型_電子流向(外電路)由_沿導(dǎo)線流向_離子流向(內(nèi)電路)陰離子向_極移動，陽離子向_極移動；鹽橋(含飽和KCl溶液)中離子流向：K移向_極，Cl移向_極ZnCuZn2e=Zn2Cu22e=Cu氧化反應(yīng)還原反應(yīng)負(fù)極正極負(fù)正正負(fù)電池反應(yīng)(離子方程式)ZnCu2=Zn2Cu兩類裝置的不同點 裝置：還原劑Zn與氧化劑Cu2直接接觸，化學(xué)能既轉(zhuǎn)化為電能，又轉(zhuǎn)化為熱能，

3、造成能量損耗裝置：還原劑Zn與氧化劑Cu2不直接接觸，化學(xué)能僅轉(zhuǎn)化為電能，避免能量損耗，故電流穩(wěn)定，持續(xù)時間長原電池的工作原理(1)鹽橋原電池中半電池的構(gòu)成條件：電極金屬和其對應(yīng)的鹽溶液。一般不要任意替換成其他陽離子鹽溶液，否則可能影響效果。鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。鹽橋原電池的工作原理(2)鹽橋的作用連接內(nèi)電路，形成閉合回路；平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。（二）原電池的設(shè)計1原電池的組成：原電池是由兩個_組成，如鋅銅原電池是鋅半電池和銅半電池通過 連接。2原電池設(shè)計關(guān)鍵(1)外電路負(fù)極(_的物質(zhì)) 正極(較穩(wěn)定的金屬或能導(dǎo)電的非金屬)。(2)內(nèi)電路將兩極浸入_

4、溶液中，使陰、陽離子做_。陰離子移向_極，陽離子移向_極。半電池鹽橋還原性較強電解質(zhì)定向移動負(fù)正原電池的工作原理原電池的工作原理（三）原電池原理的應(yīng)用應(yīng)用化學(xué)原理比較金屬的活動性強弱原電池中，一般活動性較強的金屬做負(fù)極，而活動性較弱的金屬(或能導(dǎo)電的非金屬)做正極，如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，而B上有氣泡逸出，則說明A做負(fù)極，B做正極，則一般情況下金屬活動性：AB加快化學(xué)反應(yīng)速率由于形成了原電池，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率加快，如Zn與稀硫酸反應(yīng)制氫氣時，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn稀硫酸原電池，加快反應(yīng)速率原電池的工作原理應(yīng)用化

5、學(xué)原理用于金屬的防護使需要保護的金屬制品做原電池的正極而受到保護，如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，形成原電池，使鋅做原電池的負(fù)極被損耗，鐵做正極而受到保護設(shè)計制作化學(xué)電源首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液02化學(xué)電源化學(xué)電源（一）化學(xué)電源1、分類一次電池（干電池）：電池消耗到一定程度，就不能使用；二次電池（充電電池或蓄電池）：放電后可以再充電重新使用；燃料電池：一種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?；瘜W(xué)電源化學(xué)電源2、優(yōu)點(1)方便攜帶,易于維護。(2)化學(xué)電池的能量轉(zhuǎn)化效率較高,供能

6、穩(wěn)定可靠。(3)可以制成各種形狀、大小和容量不同的電池及電池組。3、判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)(1)比能量:即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能（比能量）的多少。(2)比功率:即單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率（比功率）的多少。(3)電池的可儲存時間的長短。鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2和 H2O等1、 普通鋅錳電池（酸性）負(fù)極（鋅筒）：正極（石墨）：總反應(yīng)：（1）工作原理：Zn -2e = Zn2+（2）特點：a：一次性電池，不可逆。b：用KOH代替NH4Cl能提高性能，延長壽命?；瘜W(xué)電源（二）一次電池2、堿性鋅錳電池（1）基本構(gòu)造:（2）組成：正極:MnO2;負(fù)極:Zn

7、;電解質(zhì):KOH。（4）特點:堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好,它的比能量和可儲存時間均有所提高,適用于大電流和連續(xù)放電?；瘜W(xué)電源負(fù)極反應(yīng):Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2;正極反應(yīng):2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-;總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。（3）工作原理（三）二次電池(以鉛蓄電池為例)1.基本構(gòu)造2.組成：負(fù)極:Pb。正極:PbO2。電解質(zhì):H2SO4溶液?；瘜W(xué)電源化學(xué)電源3、工作原理(1)放電時。負(fù)極:Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)；正極:PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=

8、PbSO4(s)+2H2O；總反應(yīng):Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)。化學(xué)電源(2)充電時。鉛蓄電池的充電反應(yīng)是放電反應(yīng)的逆過程。陰極:PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)；陽極:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)；總反應(yīng):2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)。上述充放電反應(yīng)可寫成一個化學(xué)方程式:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)?；瘜W(xué)電源4、優(yōu)缺點(1)優(yōu)點:可重復(fù)使

9、用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉,在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。(2)缺點:比能量低、笨重,廢棄的電池污染環(huán)境?；瘜W(xué)電源（四）燃料電池燃料電池的規(guī)律：燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。燃料電池與前幾種電池的差別氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源。化學(xué)電源1、氫氧燃料電池（1）基本構(gòu)造（2）組成：負(fù)極:H2。正極:O2。電解質(zhì):酸溶液或堿溶液?；瘜W(xué)電源（3）電池總反應(yīng)：2H2O2=2H2O。介質(zhì)負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O中性2H24e=4HO

10、22H2O4e=4OH堿性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH（4）氫氧燃料電池在不同介質(zhì)中的電極反應(yīng)式化學(xué)電源（4）正極反應(yīng)一般為 酸性介質(zhì)O2 + 4H+ + 4e=2H2O 堿性介質(zhì)O2+2H2O+4e=4OH怎樣書寫燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？書寫步驟：（1）寫出燃燒反應(yīng)，根據(jù)電解液改寫燃料電池總反應(yīng)；（2）寫出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡單);（3）由燃料電池總反應(yīng)減去正極的電極反應(yīng)式得負(fù)極的電極反應(yīng)式?；瘜W(xué)電源2、CH4燃料電池（1）堿性介質(zhì)燃燒總化學(xué)反應(yīng)：CH4+2O2 = CO2+2H2O燃料電池總反應(yīng)：CH4+2OH-+2O2 = CO3 2 -+3H2O正極：2O2+4H2O+8e= 8OH- 負(fù)極：CH4+10OH-8e= CO32-+7H2O（2）酸性介質(zhì)燃料電池總反應(yīng)： CH4+2O2=CO2+2H2O 正極反應(yīng)：O2+4H+4e-=2H2O 負(fù)極反應(yīng)：-2，得：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+化學(xué)電源3、甲醇燃料電池（1）酸性介質(zhì) 總反應(yīng): 2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O 正極的電極反應(yīng)式為：3O2+12e-+12H+ = 6H2O