原電池工作原理

第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化化學(xué)

2化學(xué)

反應(yīng)原理原電池的工作原理2021/5/91判斷下列裝置能否構(gòu)成原電池，并思考原電池的構(gòu)成條件

[知識(shí)回顧]CuC①②③④CuZn⑤②③鹽橋2021/5/92內(nèi)裝含KCl飽和溶液的瓊脂，離子在鹽橋中能移動(dòng)。鹽橋：鹽橋的作用：溝通內(nèi)電路

，使連接的兩溶液保持電中性。鹽橋【實(shí)驗(yàn)1】CuSO4此電池的優(yōu)點(diǎn):能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。2021/5/93溫故知新原電池基礎(chǔ)知識(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置借助氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流的裝置概念：構(gòu)成條件：先決條件：必須發(fā)生放熱的氧化還原反應(yīng)(1)必須有兩種活潑性不同的導(dǎo)電材料作電極；

(2)兩個(gè)電極必須插入電解質(zhì)溶液中；

(3)兩個(gè)電極必須相連并形成閉合回路。原電池由電極、電解質(zhì)溶液、容器三部分組成原電池由兩個(gè)半電池組成，兩個(gè)半電池通過鹽橋連接鹽橋2021/5/94化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置較活潑的金屬失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑金屬(負(fù)極)通過外電路流向較不活潑的金屬(正極)。原電池工作原理負(fù)極：M－ne-＝Mn+氧化反應(yīng)還原反應(yīng)正極：Nm+＋me-＝N2021/5/95原電池正負(fù)極的比較比較項(xiàng)目正極負(fù)極電子流動(dòng)方向電子流入電子流出金屬活潑性相對(duì)不活潑相對(duì)活潑電極反應(yīng)Nm++me-=N(還原反應(yīng))M-ne-=Mn+(氧化反應(yīng))電極質(zhì)量變化增大或不變一般：減小離子移動(dòng)方向陽(yáng)離子移向該極陰離子移向該極2021/5/96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型管）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-=Ag，③實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，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.③④【鞏固練習(xí)1】C2021/5/97練習(xí)2：根據(jù)下式所表示的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池：

Cu(s)+2Ag+(aq)=Cu2+(aq)+2Ag(s)⑴裝置可采用燒杯和鹽橋，畫出此原電池的裝置簡(jiǎn)圖；⑵注明原電池的正極和負(fù)極；⑶注明外電路中電子的流向；⑷寫出兩個(gè)電極上的電極反應(yīng)。2021/5/98負(fù)極Ｃｕ：Ｃｕ－2e-＝Ｃｕ2+正極C：2Ag++2e-＝2AgCCuAgNO3CuSO4+—e-⑴裝置可采用燒杯和鹽橋，畫出此原電池的裝置簡(jiǎn)圖；⑵注明原電池的正極和負(fù)極；⑶注明外電路中電子的流向；⑷寫出兩個(gè)電極上的電極反應(yīng)。

Cu(s)+2Ag+(aq)=Cu2+(aq)+2Ag(s)2021/5/99G

CAB反思原電池一定要有活潑性不同的兩電極嗎？不一定。因?yàn)樵姵氐碾姌O材料本身可以不參加反應(yīng)，而只起到導(dǎo)電和做載體的作用。例如燃料電池。2021/5/910CuAlNaOH溶液【鞏固練習(xí)2】確定下列原電池的正負(fù)極，寫出各原電池的電極反應(yīng)式和總方程式。CuAl

稀硫酸CuAl

濃HNO3①②③2021/5/911電極方程式規(guī)律1、遵循離子反應(yīng)方程式書寫規(guī)律2、負(fù)極還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)為氧化產(chǎn)物，正極：氧化劑的電子為還原產(chǎn)物。注意溶液的酸堿性不同，產(chǎn)物的書寫形式不同3、氧化還原反應(yīng)得失電子守恒:4、負(fù)極+正極=總反應(yīng)2021/5/9122021/5/913燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：2H2+Ｏ２=2H2O

酸性負(fù)極正極中性負(fù)極

正極堿性負(fù)極正極2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-氫氧燃料電池

(1)電極:惰性電極（石墨或Pt）(2)電解質(zhì)溶液2021/5/914固體燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

負(fù)極正極負(fù)極

正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O

2021/5/915原電池原理的應(yīng)用1.比較金屬的活潑性

構(gòu)建原電池，測(cè)出正負(fù)極，

負(fù)極金屬活潑性＞正極金屬【例】把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時(shí)，d質(zhì)量減輕，則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為：()A．a(chǎn)>b>c>d

B．a(chǎn)>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>aB2021/5/9162.加快某些化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率氧化還原反應(yīng)一經(jīng)設(shè)計(jì)成原電池，反應(yīng)速率會(huì)大大加快原電池原理的應(yīng)用答：

①加熱；

⑤加入Cu或CuSO4、CuCl2等。②適當(dāng)增大硫酸的濃度；③鋅粒換用鋅粉；④純鋅換用粗鋅；【例1】為了加快鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣的速率，可采取哪些措施？2021/5/917原電池原理的應(yīng)用3.制做化學(xué)電源從理論上講，自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成原電池【例1】在理論上下列反應(yīng)中可設(shè)計(jì)成原電池的是（）

A．

C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)ΔH＞0B．

Ba(OH)2·8H2O(s)＋NH4Cl(s)＝BaCl2(aq)＋

2NH3·H2O(l)＋8H2O(l)ΔH＞0C．

CaC2(s)＋2H2O(l)＝Ca(OH)2(s)＋C2H2(g)ΔH＜0D．

CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＜0

D2021/5/918【練習(xí)】請(qǐng)根據(jù)反應(yīng)2I-+2Fe3+=2Fe2++I2設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，畫出裝置圖，寫出電極反應(yīng)式負(fù)極：Fe－2e-＝Fe2+正極：2Fe3+＋2e-＝2Fe2+電解質(zhì)溶液：

FeCl3溶液

FeFeCl2FeCl3C2021/5/919普通鋅錳電池堿性電池

鎳鎘電池小型高性能燃料電池

鎳氫電池

鋰電池常見化學(xué)電源紐扣電池2021/5/920用途廣泛的電池用于“神六”的太陽(yáng)能電池筆記本電腦專用電池手機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池紐扣電池最小燃料電池直徑只有3毫米2021/5/9211.鋅銀鈕扣電池正極：Ag2O+H2O+

2e-=2Ag+2OH－負(fù)極：Zn+2OH－-2e-=ZnO+H2O總反應(yīng)：

Zn+Ag2O=ZnO+2Ag一次電池電極分別為Ag2O和Zn電解質(zhì)溶液為KOH2021/5/922化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池等鋰離子電池銀鋅蓄電池普通鋅錳干電池鋅銀紐扣電池化學(xué)電池的分類2021/5/923干電池負(fù)極：Zn–2e-=Zn2+（負(fù)極）（正極）2NH4++2e-=2NH3+H2總反應(yīng)：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2正極：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2、普通干電池其他干電池：堿性鋅-錳干電池、銀-鋅紐扣電池等優(yōu)點(diǎn)：攜帶方便缺點(diǎn)：電量小，污染大2021/5/9243、堿性鋅-錳干電池電解質(zhì)：KOH負(fù)極：——ZnZn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：——MnO22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電電池反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小2021/5/925可充電電池也稱為____電池，可以反復(fù)_____電和_____電，是電池發(fā)展的一個(gè)重要方向。二次放充可充電電池鉛蓄電池鋰電池二次電池2021/5/926二次電池—

鉛蓄電池2021/5/927①放電過程負(fù)極：氧化反應(yīng)Pb+SO42--2e-=PbSO4正極：還原反應(yīng)

PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O②充電過程陰極(接電源負(fù)極)：還原反應(yīng)

PbSO4+2e-=Pb+SO42-陽(yáng)極(接電源正極)：氧化反應(yīng)

2PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O放電充電放電過程總反應(yīng)：

Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充電過程總反應(yīng)：

2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO42021/5/928

鉛蓄電池用途：優(yōu)點(diǎn)：主要缺點(diǎn)：電動(dòng)自行車、汽車、發(fā)電站等都要用到它可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉可充電電池比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境2021/5/929

燃料電池是一種連續(xù)地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。（氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣燃料電池……）氫氧燃料電池酸性電解質(zhì)：堿性電解質(zhì)負(fù)極:2H2-4e-+4OH-==4H2O正極:O2+2H2O+4e-==4OH-總反應(yīng):2H2+O2==2H2O負(fù)極：2H2-4e-==4H+正極：O2+4H++4e-==2H2O總反應(yīng)：2H2+O2==2H2O燃料電池2021/5/930【例2】有人將鉑絲插入氫氧化鉀溶液中作電極，并在兩極片上分別通甲烷和氧氣形成電池，從而設(shè)計(jì)出一種燃料電池。該電池中通甲烷的鉑絲為

極，發(fā)生的電極反應(yīng)為

。該電池工作時(shí)（放電）反應(yīng)的總化學(xué)方程式為

。電池工作時(shí)溶液的pH值將

（填“不變”、“變小”、“變大”）。

負(fù)CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2OCH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O變小2021/5/931（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。判斷電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)（１）比能量［符號(hào)(W·h/kg)，(W·h/L)］指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少（２）比功率[符號(hào)是W/kg，W/L)]指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大?。?）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?；瘜W(xué)電池優(yōu)點(diǎn)2021/5/932民用軍用動(dòng)力電池電池的應(yīng)用2021/5/933二次儲(chǔ)能電池應(yīng)用方向移動(dòng)電站小型蓄電殺蟲燈太陽(yáng)能蓄電器太陽(yáng)能路燈草坪燈發(fā)電輔助電站2021/5/934固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯－氧化釔為電