原電池課件上學(xué)期高二化學(xué)人教版選擇性必修1

第四章

化學(xué)反應(yīng)與電能

第一節(jié)

原

電

池

情境思考

(1)構(gòu)成條件：(2)原電池工作原理兩極，一液，一回路，自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。負(fù)極正極外電路內(nèi)電路離子的移動(dòng)方向：陽(yáng)正陰負(fù)電子不下水離子不上岸電子的移動(dòng)方向：負(fù)極→正極一、原電池的工作原理知識(shí)回顧

1.單液原電池單液原電池的缺點(diǎn)：①鋅與CuSO4溶液直接接觸，可發(fā)生置換反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)為熱能。②工作時(shí)，鋅片上也有銅析出，原電池的電動(dòng)勢(shì)很快降低，電壓不穩(wěn)定

思考三：如何避免H+在鋅片上得電子，提高原電池能量轉(zhuǎn)化效率?思考一：鋅極上有氣泡產(chǎn)生說(shuō)明什么問(wèn)題？鋅失去的電子沒(méi)有完全經(jīng)過(guò)導(dǎo)線，導(dǎo)致化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能效率降低，電池壽命短。鋅片不能伸入H2SO4溶液中。思考二：H+在鋅片上得電子會(huì)導(dǎo)致什么后果？

一部分H+直接在鋅片表面得電子生成H2。思考與討論

怎樣改進(jìn)原電池裝置，獲得穩(wěn)定的電流？H2SO4溶液ZnCuAH2SO4溶液ZnACu浸有NaCl溶液的濾紙條ZnSO4溶液2.雙液原電池鋅片（還原劑）在與H+（氧化劑）沒(méi)有直接接觸的情況下也能構(gòu)成原電池，但是需要合適的“橋梁”溝通兩種電解質(zhì)溶液。鹽橋：通常是將浸泡了飽和KCl溶液的瓊膠裝在U型管中。特點(diǎn)：1.鹽橋中的K+、Cl-可以自由移動(dòng)2.瓊膠起到固定作用，防止KCl溶液直接流出來(lái)。3.離子只出不進(jìn)。電流弱，但是比較穩(wěn)定Zn2+Zn－2e－=Zn2＋Cu2+Cu2＋＋2e－=CuCl-K+思考七：鹽橋有什么作用？微觀探析思考六：鹽橋中K+和Cl-的移動(dòng)方向？思考四：鹽橋中有電子流過(guò)嗎？不能，兩溶液中SO42-濃度不變1.溝通內(nèi)電路，形成閉合回路；2.提供離子，保持兩溶液電中性；3.提高能量轉(zhuǎn)化效率雙液原電池的工作原理沒(méi)有思考五：兩溶液中的離子能通過(guò)鹽橋嗎？K+向正極移動(dòng)，Cl-向負(fù)極移動(dòng)；只出不進(jìn)陰離子負(fù)極液正極液鹽橋陽(yáng)離子陽(yáng)離子陽(yáng)離子電流電流氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+還原反應(yīng)Cu2+

+2e-=Cu負(fù)極正極外電路ZnCu失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生內(nèi)電路分為兩個(gè)半電池進(jìn)行思維模型電子不下水離子不上岸改進(jìn)?增大電流呢？縮短鹽橋的長(zhǎng)度，增大鹽橋的橫截面積能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？思考八：雙液原電池電流弱的原因？①離子運(yùn)動(dòng)的距離長(zhǎng)②離子運(yùn)動(dòng)的通道窄③離子容量小①陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)③質(zhì)子交換膜：只允許H+通過(guò)②陰離子交換膜：只允許陰離子通過(guò)電流強(qiáng)而且穩(wěn)定思考九：隔膜原電池中離子是如何移動(dòng)的呢，離子濃度怎樣變化？SO42-向負(fù)極移動(dòng)，ZnSO4(aq)中c(SO42-)增大，H2SO4(aq)中c(SO42-)減小3.隔膜原電池生活中膜電池名稱單液原電池雙液原電池隔膜原電池優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)小

結(jié)電流強(qiáng)1.能量轉(zhuǎn)化率低2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短1.內(nèi)阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長(zhǎng)1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長(zhǎng)3.內(nèi)阻小，電流強(qiáng)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究原電池

電流較大，衰減快，轉(zhuǎn)化效率低電流較小，電流穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率高學(xué)以致用1．（廣東高考題）用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的U形管）構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是（）①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為：Ag++e-=Ag③實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A．①② B．②③ C．②④ D．③④C2.（安徽高考題）高密度儲(chǔ)能電池鋅溴電池如圖所示，總反應(yīng)為Zn+Br2=ZnBr2。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（

）A．電極M為正極B．負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+D．每轉(zhuǎn)移2mole-，理論上有1molZn2+通過(guò)離子交換膜C．隨著放電的進(jìn)行，ZnBr2溶液的濃度減小C化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。一次電池二次電池燃料電池①分類（充電電池）二、化學(xué)電源知識(shí)回顧

②優(yōu)點(diǎn)(1)能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。(2)可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。(3)易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。③判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)(1)比能量:(W·h)/kg或(W·h)/L(2)比功率：W/kg或W/L(3)電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，其質(zhì)量好。資料卡片與電化學(xué)相關(guān)的物理知識(shí)：①元電荷：②法拉利常數(shù)：F=eNA=96500c/mol③電功：1度電＝1kw·h=1000w×3600s=3.6×106JQ＝96500×n(e-)e=1.6×10-19cW=UQ＝UIt＝PtW=UQ＝U×96500×n(e-)J(1)鋅錳電池（NH4Cl糊狀物為電解質(zhì)）干電池：電解質(zhì)溶液制成不流動(dòng)膠狀負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+正極：2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2OZn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O電池反應(yīng)：普通鋅錳電池鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和H2O等1.一次電池(2)堿性鋅-錳干電池電解質(zhì)：KOH負(fù)極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-電池反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2堿性電池

氫氧化氧錳電解質(zhì)溶液為

KOH溶液，電極反應(yīng)式負(fù)極：

Zn－2e－+2OH－==Zn(OH)2

正極：Ag2O+H2O+2e－==2Ag+2OH－總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O==2Ag+Zn(OH)2

(3)鋅銀電池—紐扣電池(4)鋰亞硫酰氯(Li/SOCl2)電池Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。①負(fù)極材料為_(kāi)___，電極反應(yīng)為_(kāi)________________。②正極的電極反應(yīng)為_(kāi)______________________________。鋰8Li－8e－===8Li＋3SOCl2＋8e－===2S＋

＋6Cl－

必須在無(wú)水、無(wú)氧的條件下組裝鋰金屬電池，原因是構(gòu)成電池的兩個(gè)主要成份Li能和氧氣水反應(yīng)，且SOCl2也與水反應(yīng)。(1)鉛酸蓄電池鉛酸電池由兩組柵狀電極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2,負(fù)極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液。構(gòu)造：鉛蓄電池的構(gòu)造

可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境2.二次電池(又叫充電電池、蓄電池)充放電過(guò)程：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb-2e-+SO42-=PbSO4

正極：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)負(fù)極：①放電過(guò)程:鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過(guò)程②充電過(guò)程：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

還原反應(yīng)陰極(接負(fù)極)：陽(yáng)極(接正極)：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-氧化反應(yīng)總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4正接正，負(fù)接負(fù)

優(yōu)點(diǎn)：(2)鎳鎘電池負(fù)極：正極：放電陽(yáng)極：充電陰極：Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電缺點(diǎn)：電解質(zhì)溶液為KOH溶液比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。鎘金屬對(duì)于環(huán)境有污染，電池容量小，壽命短,有電池記憶Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)22NiO(OH)+2e-

+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-

Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-Ni(OH)2－2e-+OH-=NiO(OH)+H2O總反應(yīng)：(3)鎳氫電池圓柱可充鎳氫電池

方形可充鎳氫電池

能量密度高；無(wú)鎘污染，是一種綠色電池；可大電流快速充放電；電池工作電壓為；在小型便攜電子器件、電動(dòng)工具、電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車上逐步得到應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：H2+2NiOOH2Ni(OH)2

放電充電正極：負(fù)極：放電陽(yáng)極：陰極：充電總反應(yīng)：H2

-2e-+2OH-=2H2O2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-2H2O+2e-=H2+2OH-

2

Ni(OH)2

－2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O(4)鋰離子電池總反應(yīng)：正極：

負(fù)極：

放電陽(yáng)極：陰極：充電LixC6+Li1-xCoO2LiCoO2＋6C放電充電負(fù)極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6

)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)電解液：鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液LixC6

－xe－＝6C+xLi+Li1-xCoO2+xe-+xLi+

＝LiCoO26C+xe－+xLi+＝LixC6

LiCoO2－xe-

＝Li1-xCoO2+xLi+

Li+由石墨中脫嵌移向正極，嵌入LiCoO2晶體Li+從LiCoO2晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中(5)磷酸鐵鋰系鋰離子電池：負(fù)極：正極：放電充電陰極：正極：LixC6+Li1-xFePO46C+LiFePO4放電充電6C+xLi++xe-

＝LixC6LiFePO4

－xe-＝Li1-xFePO4+xLi+

LixC6

－xe-

＝xLi++6CLi1-xFePO4+xe-+xLi+

＝LiFePO4總反應(yīng)：

③優(yōu)點(diǎn)：能連續(xù)不斷的提供電能。②特點(diǎn)：電極本身只是催化轉(zhuǎn)化元件，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給。①定義：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)電池3.燃料電池電解液H2O2e-2e-氫氣氧氣H+

OH-A

負(fù)極

正極O2H2H2O（1）氫氧燃料電池燃料：氧化劑：電解質(zhì)：電極：H2O2酸或堿Pt2H2-4e-

=4H+O2+4e-+4H＋

=2H2O

總反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O負(fù)極：正極：①酸性氫氧燃料電池②堿性氫氧燃料電池2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O負(fù)極：正極：(2)甲烷-氧燃料電池負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：電解質(zhì)為KOHCH4-8e-+10OH-＝CO32-+7H2O2O2+8e-+4H2O＝8OH-CH4+2O2+2OH-＝CO32-+3H2O(3)甲醇燃料電池電解質(zhì)為KOH負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：CH3OH

-6e-+8OH-＝CO32-+6H2OO2+4e-+2H2O

＝4OH-2CH3OH+3O2+4OH-＝2CO32-+6H2O(4)肼燃料電池N?H4－4e-+4OH-=N?↑+4H?O電解質(zhì)為KOH負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)式：O?+4e-+2H?O=4OH-N?H4+O?=N?↑+2H?O(5)固體燃料電池以熔融金屬氧化物為介質(zhì)，高溫下能傳導(dǎo)O2-電池總反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2OO2+4e-=2O2－

正極：2H2-4e-+2O2－=2H2O

負(fù)極：（6）熔融鹽電池

比如用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極反應(yīng)物，空氣與CO2的混合氣為正極反應(yīng)物，制得在650℃下工作的燃料電池。高溫下能傳導(dǎo)CO32-，在工作過(guò)程中，電解質(zhì)熔融鹽的組成、濃度不變。正極：O2＋2CO2＋4e－═2CO32－；

負(fù)極：2CO＋2CO32-－4e－

═4CO2；

總反應(yīng)：2CO＋O2═2CO2。(1)鐵鉻液流電池

Fe3++Cr2+Fe2+

+Cr3+

放電充電陰極：Cr3++e-＝Cr2+陽(yáng)極：Fe2+－e-＝Fe3+負(fù)極：Cr2+－e-＝Cr3+正極：Fe3++e-＝Fe2+充電放電4.液流電池(主要用于儲(chǔ)能)(2)全釩液流電池負(fù)極：V2+－e-＝V3+正極：VO2++2H++e-＝VO2++H2O離子顏色：V2+紫色，

V3+綠色，VO2+藍(lán)色，VO2+黃色陰極：V3++e-＝V2+陽(yáng)極：VO2+－e-+H2O＝VO2++2H+VO2++2H++V2+

V3++VO2++H2O放電充電a．確定原電池的正負(fù)極，