原電池課件【核心素養(yǎng)提升+備課精講精研】高二化學人教版2019選擇性必修1

電化學原電池一、化學能轉化為電能1、火力發(fā)電——化學能間接轉化為電能化學能→熱能→機械能→電能火力發(fā)電弊端→排放大量溫室氣體（CO2等)→排放的廢氣可能導致酸雨（SO2等)→產(chǎn)生廢渣、廢水→化石燃料儲存量有限→能量轉化率很低2、原電池－－化學能直接轉化為電能原電池→利用氧化還原反應原理將化學能轉化為電能的裝置。原電池實驗(1)將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。(2)用導線連接鋅片和銅片，觀察、比較導線連接前后的現(xiàn)象。(3)如圖所示，用導線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表，觀察電流表的指針是否偏轉。實驗現(xiàn)象電極材料現(xiàn)象電子得失電極反應原電池的電極Zn片Cu片Zn片溶解有氣體產(chǎn)生失得Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑負極正極總反應的離子方程式Zn+2H+=Zn2++H2↑二、原電池的工作原理1、原電池的構成條件反應→自發(fā)完成的氧化還原反應電極→活潑性不同的兩電極電解質溶液→有電解質溶液或熔融電解質電路→形成閉合回路2、原電池的工作原理總反應→Zn+2H+=Zn2++H2↑負失氧←負極→負極發(fā)生失電子的氧化反應負極：Zn-2e-=Zn2+正得還←正極→正極發(fā)生得電子的還原反應正極：2H++2e-=H2↑電流方向→電流從正極出發(fā)經(jīng)外電路到達負極（電子方向與電流相反）離子方向→陰離子移向負極，陽離子移向正極3.原電池正負極的判斷根據(jù)電極材料判斷→一般活潑金屬作負極，不活潑金屬作正極根據(jù)電流方向／電子方向判斷→電流正極→外電路→負極電子負極→外電路→正極根據(jù)電解質溶液中離子移動方向判斷→陰離子→負極（陽），陽離子→正極（陰）根據(jù)兩極產(chǎn)生的現(xiàn)象判斷→正極一般體現(xiàn)增重或有氣體放出負極一般體現(xiàn)減輕（實質是發(fā)生反應溶解）根據(jù)原電池兩極發(fā)生氧化／還原反應判斷→負失氧，正得還→電子不下水，離子不上岸正極負極①不活潑金屬或石墨②導線上電子流入的電極③溶液中陽離子移向的電極④發(fā)生還原反應的電極①活潑金屬②導線上電子流出的電極③溶液中陰離子移向的電極④發(fā)生氧化反應的電極(Mg-Al-NaOH除外)三、原電池電極反應方程式的書寫1、電極反應式書寫注意★負失氧、正得還★注意溶液的酸堿性，適當在電極反應方程式兩邊添加H+、OH-、H2O等，以遵循電荷守恒和質量守恒★注意電極反應產(chǎn)物是否與電解質溶液反應★活潑金屬不一定為負極，如鎂、鋁、氫氧化鈉電池中，不活潑的鋁為負極2、電極反應式的書寫方法先寫總反應方程，再寫負極／正極方程→寫出總反應→寫出其中容易寫出的一個半反應（正極或負極）→用總反應減去正極／負極反應，即得另一電極反應式如：負極：Li-e-=Li+如：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4如：正極：LiMn2O4+Li++e-=Li2Mn2O4先寫總反應方程，再拆分總反應為氧化／還原反應兩部分→寫出原電池的總反應如：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+→把總反應按氧化反應和還原反應拆分為兩個半反應，注明正、負極，并依據(jù)質量守恒、電荷守恒及電子得失守恒配平兩個半反應如：正極：2Fe3++2e-=2Fe2+負極：Cu-2e-=Cu2+寫出右圖中原電池的電極反應方程式總：Mg+2H+=Mg2++H2↑負極：Mg-2e-=Mg2+正極：2H++2e-=H2↑總：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2H2O+2NO2↑負極：Cu-2e-=Cu2+正極：4H++2NO3-+2e-=2H2O+2NO2↑總：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑負Al-3e-=Al3+Al3++4OH-=2AlO2-+4H2O負極：Al+4OH--6e-=2AlO2-+4H2O正極：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-四、一次性電池（干電池）化學電源一次性電池（干電池）二次電池（可充電電池/蓄電池）燃料電池普通鋅錳電池堿性鋅錳電池銀鋅紐扣電池鉛蓄電池鎳鎘電池鋰離子電池氫氧燃料電池甲醇燃料電池2、普通鋅錳電池電池電解質溶液→MnO2糊NH4Cl糊負極(鋅皮)：Zn-2e-=Zn2+正極(石墨棒)：說法①2MnO2+2NH4++2e-=2MnO(OH)+2NH3說法②2MnO2+2H++2e-=2MnO(OH)說法③2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+H2O+2NH3總反應：說法①Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH3說法②Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnO(OH)說法③Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+H2O+2NH3↑→鋅錳干電池因為電解質是NH4Cl,具有酸性因此無法長期儲存。→鋅錳干電池放電過程中容易發(fā)生脹氣或漏液，導致用電器損壞?！淮坞姵?，放電后無法充電，因為所發(fā)生的氧化還原反應不可逆。3.堿性鋅錳電池電解質溶液→濕的KOH負極(鋅皮)：

Zn-2e-+20H-=Zn(OH)2

正極(石墨棒)：說法①2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+20H-說法②2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+20H-總反應：說法①Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)說法②Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O3→堿性鋅錳干電池電解質改進為KOH,使內(nèi)部物質不易發(fā)生化學反應，有利于長期儲存。→堿性鋅錳干電池由鋅皮改成鋅粉，如增加了防腐金屬外殼或塑料包裹，還可制成防漏電電池。→堿性條件下Zn2+無法穩(wěn)定存在，會生成Zn(OH)2(S)4.銀鋅紐扣電池電解質溶液→浸了KOH溶液的隔板負極(鋅皮)：Zn-2e-+20H-=Zn(OH)2正極(Ag2O):Ag2O+H2O+2e-=2Ag+20H-總反應：Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2→銀鋅電池具有體積小，電壓穩(wěn)定，電池比能量大，非常適合小電流連續(xù)長時間放電。五、二次電池(蓄電池／充電電池）1、鉛蓄電池→鉛蓄電池是最常見的二次電池，正極板上覆蓋有PbO2,負極板上覆蓋有Pb,電解質溶液是H2SO4溶液。放電－負極(Pb板)：Pb+SO42--2e-＝PbSO4電子／離子移動方向：電子經(jīng)外電路流出，電流經(jīng)外電路流入，陰－靠近負極(陽極）放電－正極（PbO2板）：PbO2+SO42-+4H++2e-=PbS04+2H2O電子／離子移動方向：電子經(jīng)外電路流入，電流經(jīng)外電路流出，陽＋靠近負極（陰極）放電總反應：PbO2+2H2SO4+Pb=2PbS04+2H2O放電Pb、PbO2、PbSO4都不溶于水，放電反應中產(chǎn)物雖然不溶于水，但是反應物有固體參與，因此不寫沉淀符號放電反應五、二次電池(蓄電池／充電電池）1、鉛蓄電池→鉛蓄電池是最常見的二次電池，正極板上覆蓋有PO2,負極板上覆蓋有Pb,電解質溶液是H2SO4溶液。充電－陰極(原負極)：PbSO4+2e-=Pb+SO42-電子／離子移動方向：電子由電源負極流入，電流與電子方向相反，陽＋靠近負極（陰極）充電－陽極（原正極）：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2＋SO42-+4H+電子／離子移動方向：電流由電源正極流出，電子與電流方向相反，陽＋靠近正極（陽極）充電總反應：2PbS04+2H2O=PbO2+2H2SO4+Pb充電→充電總反應是放電總反應的逆過程，符號相反，但不互為可逆反應，因為條件不同。充電反應2.鎳鎘電池（了解）→鎳鎘電池是出現(xiàn)于上世紀50年代的可充電堿性電池，充放電速度快，電壓平穩(wěn)，可充放電500次以上，壽命比鉛酸電池長，但是有記憶效應，且Cd2+是致癌物質，對環(huán)境有很大危害。電解質溶液→濕的KOH負極（Cd):Cd+20H--2e-=Cd(OH)2正極［NiO(OH)]:2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+20H-總反應：2NiO(OH)+2H2O+Cd?2Ni(OH)2+Cd(OH)2放電充電3.鋰離子電池→無記憶效應，比能量高，質地輕，可循環(huán)次數(shù)多，可用于制造手機等數(shù)碼產(chǎn)品電池。負極（Li):Li-e-=Li+→鋰很活潑，因此鋰電池里不能含水，一般用有機介質。六、燃料電池→燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的裝置，與火力發(fā)電相比燃料利用率高、能量轉化率高，在放電時需要外部持續(xù)供給燃料和氧化劑（通常是O2)1.氫氧燃料電池燃料電池正極（O2)酸性：堿性／中性：4H++O2+4e-=2H2O2H2O+O2+4e-=40H-酸性環(huán)境總反應：負極：正極：2H2+O2=2H2O2H2-4e-=4H+4H++O2+4e-=2H2O中性環(huán)境總反應：負極：正極：2H2+O2=2H2O2H2-4e-=4H+2H2O+O2+4e-=40H-堿性環(huán)境總反應：負極：正極：2H2+O2=2H2O2H2+40H--4e-=4H2O2H2O+02+4e-=40H-2、甲烷燃料電池酸性環(huán)境負極：正極：總反應：中性環(huán)境負極：正極：總反應：堿性環(huán)境負極：正極：總反應：CH4+202=CO2+2H2OCH4+2H20-8e-=CO2+8H+8H++202+8e-=4H2OCH4+202=CO2+2H2OCH4+2H20-8e-=CO2+8H+4H20+202+8e-=80H-CH4+2O2+20H-=CO32-+3H2OCH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O4H20+202+8e-=80H-七、新型電池——鋁-空氣-海水電池電解質溶液→海水負極（鋁）：4Al-12e-=4Al3+