化學(xué)能及電能原電池

1、第二節(jié)第二節(jié)化學(xué)能與電能化學(xué)能與電能第二章第二章 化學(xué)反應(yīng)與能量化學(xué)反應(yīng)與能量第二課時(shí)第二課時(shí)三、電池工作原理三、電池工作原理電極電極名稱名稱電子電子轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移反應(yīng)反應(yīng)類型類型電極電極現(xiàn)象現(xiàn)象電極電極反應(yīng)反應(yīng)總電極總電極反應(yīng)反應(yīng)負(fù)極負(fù)極（）失電子失電子氧化反氧化反應(yīng)應(yīng)電極溶電極溶解解電極本身電極本身失電子失電子正、負(fù)兩正、負(fù)兩電極方程電極方程式相加式相加（或負(fù)極（或負(fù)極材料與電材料與電解質(zhì)的單解質(zhì)的單獨(dú)反應(yīng)）獨(dú)反應(yīng)）正極正極（+）得電子得電子還原反還原反應(yīng)應(yīng)電極增電極增重或有重或有氣泡放氣泡放出出電極本身電極本身不反應(yīng)，不反應(yīng)，溶液中的溶液中的陽離子得陽離子得電子電子測(cè)評(píng)測(cè)評(píng)P36（1）加快化學(xué)

2、反應(yīng)的速率）加快化學(xué)反應(yīng)的速率（2）比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱）比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱（4）制作化學(xué)電源）制作化學(xué)電源（3）用于金屬保護(hù)）用于金屬保護(hù)測(cè)評(píng)P36四、原電池原理的應(yīng)用四、原電池原理的應(yīng)用（1）原電池的設(shè)計(jì)）原電池的設(shè)計(jì)請(qǐng)將氧化還原反應(yīng)：請(qǐng)將氧化還原反應(yīng)：Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+設(shè)計(jì)成一個(gè)原電池。設(shè)計(jì)成一個(gè)原電池。負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液：Cu / Ag / 碳棒碳棒FeCuSO4 / CuCl2解原電池題型的方法與思路：解原電池題型的方法與思路：（1）畫出電路圖并分析（沒圖的）畫出電路圖并分析（沒圖的）（2）找出正、負(fù)極，并標(biāo)到圖上）找出正、負(fù)極，

3、并標(biāo)到圖上（3）找出所有的離子，并判斷其移動(dòng)方向）找出所有的離子，并判斷其移動(dòng)方向（4）寫電極反應(yīng)式，反應(yīng)類型、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）寫電極反應(yīng)式，反應(yīng)類型、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（5）寫總反應(yīng)式）寫總反應(yīng)式（6）若遇到正極或負(fù)極不會(huì)寫時(shí)，應(yīng)先寫出總）若遇到正極或負(fù)極不會(huì)寫時(shí)，應(yīng)先寫出總反應(yīng)式，再看正、負(fù)極能寫出哪個(gè)極的反應(yīng)，然反應(yīng)式，再看正、負(fù)極能寫出哪個(gè)極的反應(yīng)，然后，拿總反應(yīng)已寫出的電極反應(yīng)，就得到不會(huì)后，拿總反應(yīng)已寫出的電極反應(yīng)，就得到不會(huì)寫的電極反應(yīng)式寫的電極反應(yīng)式此方法可解此方法可解90%的常規(guī)題型的常規(guī)題型正極電極反應(yīng)式正極電極反應(yīng)式+負(fù)極電極反應(yīng)負(fù)極電極反應(yīng)式式=總反應(yīng)方程式總反應(yīng)方程式已知其中兩個(gè)可以

4、求第三個(gè)已知其中兩個(gè)可以求第三個(gè)或：總反應(yīng)式或：總反應(yīng)式=負(fù)極材料與電解質(zhì)的單獨(dú)反應(yīng)負(fù)極材料與電解質(zhì)的單獨(dú)反應(yīng)測(cè)評(píng)測(cè)評(píng)P38 2測(cè)評(píng)測(cè)評(píng)P39 1二、發(fā)展中的化學(xué)電源二、發(fā)展中的化學(xué)電源干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池鋰電池鋰電池 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長(zhǎng)。負(fù)極相比較，使用壽命大大延長(zhǎng)。負(fù)極：負(fù)極：Zn-2e- = Zn2+正極正極:2MnO2+2NH4+2e- = Mn2O3+2NH3 + H2O總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：Zn+MnO2+2NH4+=Mn2O3+

5、2NH3+Zn2+ + H2O汽車用蓄電池汽車用蓄電池鋰離子電池鋰離子電池鋰離子電池：它是新一代可鋰離子電池：它是新一代可充電的綠色電池，現(xiàn)已成為充電的綠色電池，現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動(dòng)電話、攝筆記本電腦、移動(dòng)電話、攝像機(jī)等低功耗電器的主流。像機(jī)等低功耗電器的主流。放電放電 充電充電 燃料氣體燃料氣體 氧氣氧氣 2常見的化學(xué)電源舉例舉例負(fù)極負(fù)極正極正極電解質(zhì)電解質(zhì)一次性電池一次性電池干電池干電池_石墨石墨NH4Cl二次電池二次電池鉛蓄電池鉛蓄電池PbPbO2_鎳鎘電池鎳鎘電池CdNiO(OH)_鋰電池鋰電池Li燃料電池燃料電池氫氧燃料氫氧燃料電池電池_KOH或或H2SO4鋅筒鋅筒H2SO4KO

6、HH2O2鉛蓄電池的兩極是鉛蓄電池的兩極是Pb和和PbO2,電解質(zhì)溶液是電解質(zhì)溶液是H2SO4, 總的電池反應(yīng)是總的電池反應(yīng)是:Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4+2H2O 負(fù)極負(fù)極Pb：Pb2eSO42 PbSO4正極正極PbO2：PbO24HSO422ePbSO42H2O 放電放電充電充電新型燃料電池新型燃料電池 燃料電池燃料電池不是不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷從外部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池空氣電池空氣電池氫氧燃料電池的反應(yīng)式的書寫氫氧燃

7、料電池的反應(yīng)式的書寫測(cè)評(píng)測(cè)評(píng)P38專題系列講座專題系列講座例如：例如：H2-O2燃料電池燃料電池正極：正極：O2 + 4e- + 2H2O= 4OH-負(fù)極：負(fù)極： 2H2 - 4e- = 4H+總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2 + O2 = 2H2O中性環(huán)境下，電解質(zhì)為中性環(huán)境下，電解質(zhì)為NaClH2-O2燃料電池燃料電池正極：正極：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O負(fù)極：負(fù)極：2H2 - 4e- = 4H+總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2 + O2 = 2H2O酸性環(huán)境下，電解質(zhì)為酸性環(huán)境下，電解質(zhì)為HCl或或H2SO4正極推導(dǎo)過程：正極推導(dǎo)過程：中性：中性：O2 + 4e- + 2H2O= 4OH-生

8、成生成 的的OH-離子與電解質(zhì)中的離子與電解質(zhì)中的H+繼續(xù)反應(yīng)：繼續(xù)反應(yīng)：4H+ + 4OH- = 4H2O兩式相加既得正極式兩式相加既得正極式H2-O2燃料電池燃料電池正極：正極：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 負(fù)極：負(fù)極：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2 + O2 = 2H2O堿性環(huán)境下，電解質(zhì)為堿性環(huán)境下，電解質(zhì)為KOH或或NaOH負(fù)極推導(dǎo)過程：負(fù)極推導(dǎo)過程：生成生成 的的H+離子與電解質(zhì)中離子與電解質(zhì)中OH-的繼續(xù)反應(yīng)：的繼續(xù)反應(yīng)：4H+ + 4OH- = 4H2O兩式相加既得負(fù)極式兩式相加既得負(fù)極式2H2 - 4e- = 4H+特殊原

9、電池特殊原電池電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕你們知道鐵生銹的原理嗎？你們知道鐵生銹的原理嗎？回憶下：回憶下： 鐵生銹需要什么樣的條件？鐵生銹需要什么樣的條件？有氧氣、潮濕的環(huán)境，若是在海里，腐有氧氣、潮濕的環(huán)境，若是在海里，腐蝕生銹的速度更快，為什么呢？蝕生銹的速度更快，為什么呢？上圖其實(shí)就是鐵生銹的全過程。上圖其實(shí)就是鐵生銹的全過程。首先是鐵的吸氧腐蝕首先是鐵的吸氧腐蝕(原電池原理原電池原理)Fe-C 水水/鹽水鹽水C正極：正極：2H2O + O2 + 4e = 4OHFe負(fù)極：負(fù)極：2Fe - 4e = 2Fe2+總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2后續(xù)反應(yīng)：后續(xù)

10、反應(yīng)：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)32Fe(OH)3 = Fe2 O3 （鐵銹）（鐵銹）+ 3H2O（-）Fe 2e- = Fe2+ (+) 2H+ +2e- = H2總：總： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2鐵的析氫腐蝕鐵的析氫腐蝕(原電池原理原電池原理)二、甲烷燃料電池二、甲烷燃料電池 （電解質(zhì)為堿性）（電解質(zhì)為堿性） 甲烷燃料電池以多孔鎳板為兩極甲烷燃料電池以多孔鎳板為兩極,電解質(zhì)溶液為電解質(zhì)溶液為KOH，生成的生成的CO2還要與還要與KOH反應(yīng)生成反應(yīng)生成K2CO3，總：總： CH4 + 2KOH + 2O2 = K2CO3 + 3H2O正極：正

11、極：2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH- 負(fù)極：負(fù)極：CH4 8e- + 10 OH- = CO32- + 7H2O（ 負(fù)極：負(fù)極：CH4 8e- + 8OH- =CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- = CO32- + H2O）（電解質(zhì)為酸性（電解質(zhì)為酸性:H2SO4）總：總： CH4 + 2O2 = CO2 + 4H2O正極：正極：2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O負(fù)極：負(fù)極：CH4 8e- + 2 H2O = CO2 + 8H+ 三、甲醇燃料電池三、甲醇燃料電池 甲醇燃料電池以鉑為兩極甲醇燃料電池以鉑為兩極,用堿或酸作為電解質(zhì)：用堿或酸作為電解質(zhì)：1. 酸性電解

12、質(zhì)（酸性電解質(zhì)（H2SO4溶液為例）溶液為例）總總: 2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O正極：正極：3O2 + 12e- + 12H+ = 6H2O負(fù)極：負(fù)極：2CH3OH - 12e- + 2H2O = 12H+ 2CO22 堿性電解質(zhì)（堿性電解質(zhì)（KOH溶液為例）溶液為例）總：總：2CH3OH + 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6H2O正極：正極：3O2+12e- + 6H20 = 12OH- 負(fù)極：負(fù)極：2CH3OH - 12e- + 16OH- = 2CO32- + 12H2O 說明：乙醇燃料電池與甲醇燃料電池原理基本相同說明：乙醇燃料電池與甲醇燃料電池原理基本相同四、鋁四、鋁空氣空氣海水電池海水電池我國(guó)首創(chuàng)以鋁我國(guó)首創(chuàng)以鋁空氣空氣海水電池作為能源的新型海海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中鋁不斷被氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光。數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光。電源負(fù)極材料為：鋁；電源正