原電池的工作原理

1、選修選修4第二單元第二單元（一）（一）電化學(xué)電化學(xué)：指研究化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn)指研究化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn) 換的換的裝置、過(guò)程裝置、過(guò)程和和效率效率的科學(xué)。的科學(xué)。過(guò)程及裝置分過(guò)程及裝置分按電化學(xué)反應(yīng)按電化學(xué)反應(yīng)2. 將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置稱將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置稱電解池電解池1. 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱原電池原電池Zn+ Cu2+ Zn2+ + CuZn+ Cu2+ Zn2+ + Cu原電池原電池負(fù)極負(fù)極必發(fā)生必發(fā)生失電子失電子的的氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)正極正極必發(fā)生必發(fā)生得電子得電子的的還原反應(yīng)還原反應(yīng)ZnCuCuZn- - -Zn2+H+H+陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離

2、子陰離子正極正極負(fù)極負(fù)極SO42-原原 電電 池的工作原理池的工作原理（1）兩種）兩種不同不同的金屬（或一種金屬與的金屬（或一種金屬與石墨石墨）作電極作電極（2）插入）插入電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液里里（3）形成）形成閉合閉合回路回路（4）金屬能與電解質(zhì)溶液自動(dòng)發(fā)生）金屬能與電解質(zhì)溶液自動(dòng)發(fā)生氧化還原氧化還原反應(yīng)反應(yīng) 酒精稀H2SO4BDCuSO4v鹽橋：在鹽橋：在U U型管中裝型管中裝滿用飽和滿用飽和KClKCl溶液和溶液和瓊膠作成的凍膠。瓊膠作成的凍膠。鹽橋的作用：鹽橋的作用： 使使ClCl- -向鋅鹽方向移向鋅鹽方向移動(dòng)，動(dòng)，K K+ +向銅鹽方向移動(dòng)，向銅鹽方向移動(dòng)，使使ZnZn鹽和鹽和Cu

3、Cu鹽溶液一直鹽溶液一直保持電中性，從而使電保持電中性，從而使電子不斷從子不斷從ZnZn極流向極流向CuCu極。增加電流效率。極。增加電流效率。CuZn- - -Zn2+H+H+陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子正極正極負(fù)極負(fù)極SO42-三、普通原電池正負(fù)極判斷三、普通原電池正負(fù)極判斷1.兩電極的活潑性：較兩電極的活潑性：較活潑的負(fù)極，不活潑活潑的負(fù)極，不活潑的正極的正極2.本質(zhì)判斷本質(zhì)判斷：氧化還原：氧化還原反應(yīng)：氧化反應(yīng)的負(fù)極，反應(yīng)：氧化反應(yīng)的負(fù)極，還原反應(yīng)的正極。還原反應(yīng)的正極。3.電子或電流的流向：電子從電子或電流的流向：電子從負(fù)極流向正極，對(duì)應(yīng)的電子流負(fù)極流向正極，對(duì)應(yīng)的電子流向就是電流計(jì)指針

4、的偏轉(zhuǎn)方向向就是電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向4.溶液中離子的移動(dòng)方向：陽(yáng)溶液中離子的移動(dòng)方向：陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)極移動(dòng)負(fù)極：負(fù)極：金屬本身金屬本身( (或附著的燃料或附著的燃料) )失電子發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)正極：正極：溶液中溶液中陽(yáng)離子（或陽(yáng)離子（或OO2 2或附著的氧化劑）得電或附著的氧化劑）得電子發(fā)生子發(fā)生還原還原反應(yīng)反應(yīng)負(fù)極：負(fù)極：2 Al+ 8OH6e- =2Al O2 +4H2O 正極：正極：6H+ + 6 e- =3 H2總：總：2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2 稀 硫 酸負(fù)極：負(fù)極： Mg 2e- = Mg2+

5、 正極：正極： 2H+ + 2e- = H2總：總：Mg +2H+ = Mg 2+ + H2 幾個(gè)特殊情況：幾個(gè)特殊情況：不同不同的介質(zhì)的介質(zhì) 不同的電極反應(yīng)不同的電極反應(yīng) 負(fù)極：負(fù)極： Fe 2e- = Fe2+正極：正極： 2H+ + 2e- = H2總：總：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 稀稀 硫硫 酸酸FeCu稀 硫 酸FeCuNaCl溶液溶液負(fù)極：負(fù)極： 2Fe 4e- = 2Fe2+正極：正極： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-總：總：2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 不同的介質(zhì)不同的介質(zhì) 不同的電極反應(yīng)不同的電極反應(yīng)負(fù)極：負(fù)極： Cu 2

6、e- = Cu 2+ 正極：正極： 4H+ +2NO3 + 2 e- = 2NO2 + 2H2O總：總：Cu + 4H+ +2NO3= 2NO2 + Cu 2+ + 2H2O稀H2SO4負(fù)極：負(fù)極：2 Al 6e- =2Al 3+ 正極：正極： 6H+ + 6e- =3 H2總：總：2Al + 6H+ = 2Al 3+ + 3H2 設(shè)計(jì)原電池的思路：設(shè)計(jì)原電池的思路：例例2、已知氧化還原反應(yīng)、已知氧化還原反應(yīng) Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2，利用這一反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，畫出示意圖，利用這一反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，畫出示意圖，標(biāo)出電極材料，電解質(zhì)溶液，寫出電極反應(yīng)式。標(biāo)出電極材料，

7、電解質(zhì)溶液，寫出電極反應(yīng)式。CuCl2FeCl3ACuC正極：正極：負(fù)極負(fù)極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Cu2e - Cu2+2Fe3+2e- 2Fe2+2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+Chemical Power Source電池電池化學(xué)電池化學(xué)電池太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池原子能電池原子能電池化學(xué)電池化學(xué)電池利用原電池原理制造的供電裝置利用原電池原理制造的供電裝置分類分類一次電池一次電池不可充電電池不可充電電池如：干電池如：干電池二次電池二次電池充電電池充電電池如：蓄電池如：蓄電池燃料電池燃料電池鋰電池鋰電池干電池干電池疊層電池疊層電池紐扣電池紐扣電池 燃料電池燃料電池是利用是利用氫氣、天然氣、甲醇?xì)錃狻?/p>

8、天然氣、甲醇等燃等燃料與料與氧氣或空氣氧氣或空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來(lái)的進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放出來(lái)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池?；瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。 目前燃料電池的目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率近能量轉(zhuǎn)化率近80%80%，約為，約為火力發(fā)電的火力發(fā)電的2 2倍。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的倍。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池廢熱太多。燃料電池沒(méi)有噪聲及硫、氮氧化物沒(méi)有噪聲及硫、氮氧化物等廢氣污染等廢氣污染；燃料電池發(fā)明于；燃料電池發(fā)明于1919世紀(jì)世紀(jì)3030年代末，年代末，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，到2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代才開(kāi)始進(jìn)年代才開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。

9、入實(shí)用階段。鋅錳干電池鋅錳干電池)負(fù)極（負(fù)極（Zn):):Zn-2e- =Zn2+正極（石墨）：正極（石墨）：2NH4+2e- =2NH3+H2總方程式：總方程式：2、鉛蓄電池、鉛蓄電池鉛蓄電池可放電也可以充電，其中正極板上有鉛蓄電池可放電也可以充電，其中正極板上有一層棕褐色的一層棕褐色的二氧化鉛二氧化鉛，負(fù)極是海綿狀的金屬，負(fù)極是海綿狀的金屬鉛鉛，兩極均浸入到兩極均浸入到硫酸硫酸溶液中。放電時(shí)為原電池，其電極溶液中。放電時(shí)為原電池，其電極反應(yīng)如下：反應(yīng)如下：負(fù)極（負(fù)極（Pb)：Pb + SO42- - 2e - =PbSO4正極正極(PbO2) ：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2

10、e - =PbSO4 + 2H2O總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O3 3、銀鋅電池、銀鋅電池銀鋅電池銀鋅電池 形似鈕扣（俗稱鈕扣電池）。盒內(nèi)正極殼一形似鈕扣（俗稱鈕扣電池）。盒內(nèi)正極殼一端填充由氧化銀和石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋端填充由氧化銀和石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液一端填充鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為為KOH濃溶液濃溶液。電極反應(yīng)式如下：。電極反應(yīng)式如下：負(fù)極（負(fù)極（Zn)：Zn + 2OH- -2e- = ZnO + H2O正極正極(Ag2O) ：Ag2O + H

11、2O + 2e- = 2Ag + 2OH-電池的總反應(yīng)式為：電池的總反應(yīng)式為：Ag2O + Zn = 2Ag + ZnO4 4、堿性蓄電池、堿性蓄電池( Ni-Cd電池電池, KOH溶液溶液) Cd + 2NiO(OH)2 + 2H2O = 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 充電充電 （ 堿性可充電電池及簡(jiǎn)易充電座）堿性可充電電池及簡(jiǎn)易充電座） 放電放電5、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)。使用鋰電源的手機(jī)與手提電腦使用鋰

12、電源的手機(jī)與手提電腦微型鋰電池微型鋰電池 常用于心臟起搏器、手機(jī)的一種微型電池，常用于心臟起搏器、手機(jī)的一種微型電池，一般用一般用金屬鋰作負(fù)極金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極石墨作正極，電解質(zhì)溶液為溶，電解質(zhì)溶液為溶有四氯化鋁鋰（有四氯化鋁鋰（LiAlCl4 ）的亞硫酸氯（）的亞硫酸氯（SOCl2 ）。電）。電池的總反應(yīng)式如下：池的總反應(yīng)式如下： 8Li + 3SOCl2 = 6LiCl + Li2SO3 + 2S 這種電池的容量大，電壓穩(wěn)定，能在這種電池的容量大，電壓穩(wěn)定，能在-56.70C- +71.10C的大范圍溫差內(nèi)正常工作。的大范圍溫差內(nèi)正常工作。6 6、海水電池、海水電池 1991年，我國(guó)

13、科學(xué)家首創(chuàng)以年，我國(guó)科學(xué)家首創(chuàng)以鋁鋁-空氣空氣-海水海水為材料組成的為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。該電池以取之不盡的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。該電池以取之不盡的海水為海水為電解質(zhì)，電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。其電靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。其電極反應(yīng)式如下：極反應(yīng)式如下：負(fù)極：負(fù)極：4Al 12e- = 4Al3+正極：正極：3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH-總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3日本產(chǎn)海水電池日本產(chǎn)海水電池 以海水電池為能源的航海標(biāo)志燈以海水電池為能源的航海標(biāo)志燈新型燃料電池新型燃料電

14、池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全燃料電池不是把還原劑、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1 1、氫氧燃料電池、氫氧燃料電池 這是一種高效、低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。這是一種高效、低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。其電極材料一般為活化電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如其電極材料一般為活化電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑鉑電極、活性碳電極電極、活性碳電極等。電解質(zhì)溶液一般為等。電解質(zhì)溶液一般為40%的的 KOH溶液溶液。電極反應(yīng)式。電極反應(yīng)式 如下：如下： 負(fù)

15、極：負(fù)極：2H2 + 4OH- -4e- = 4H2O 正極：正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O氫氧燃料電池（氫氧燃料電池（Hy-Ox Fuel Cell） 總反應(yīng)方程式總反應(yīng)方程式 ： 2H2O22H2O*不寫條件不寫條件特點(diǎn)：特點(diǎn)： 兩個(gè)電極均為惰性電極（石兩個(gè)電極均為惰性電極（石墨墨/鉑）鉑）氫氧燃料電池電極反應(yīng)氫氧燃料電池電極反應(yīng)總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2H2 + O2 = 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e- =

16、4OH-2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-書(shū)寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：書(shū)寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1 1電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書(shū)寫離電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書(shū)寫離子反應(yīng)的所有規(guī)則（如子反應(yīng)的所有規(guī)則（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如4價(jià)的價(jià)的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，形式存在，在在堿性溶液中堿性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；2 2將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)

17、配平后，相加將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；另一極反應(yīng)；2 2、甲烷燃料電池、甲烷燃料電池負(fù)極負(fù)極（PtPt) )：CH4+10OH- -8e- =CO32-+7H2O正極正極（Pt) )：2O2+4H2O+8e- =8OH-總方程式：總方程式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O3 3、熔融鹽燃料電池、熔融鹽燃料電池 按其所用燃料或熔融鹽的不同，有多個(gè)不同的品種，按其所用燃料或熔融鹽的不同，有多個(gè)不同的品種，一般要在一定的高溫下（一般要在一定的高溫下（確保鹽處于熔化狀態(tài)確保鹽處于熔化狀態(tài)）才能）才

18、能工作。下面以工作。下面以CO-Li2CO3 + Na2CO3-空氣與空氣與CO2型型電池為例加以電池為例加以 說(shuō)明：說(shuō)明： 負(fù)極：負(fù)極：2CO + 2CO32- -4e- = 4CO2 正極：正極：O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32- 總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：2CO + O2 = 2CO2 該電池的工作溫度一般為該電池的工作溫度一般為6500C小結(jié)小結(jié)2. 兩個(gè)電極相連插入電解質(zhì)溶液中并形成閉合電路兩個(gè)電極相連插入電解質(zhì)溶液中并形成閉合電路;把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。1 1. .有兩塊金屬有兩塊金屬( (或非金屬或非金屬) )導(dǎo)體作電極導(dǎo)體作電極; ;二二. .構(gòu)成原電池的基本條件構(gòu)成原電池的基本條件：一一. .原電池原電池：3 3. .有可自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。有可自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。三三. .加入鹽橋后由兩個(gè)半電池組成的原電池工作原理加入鹽橋后由兩個(gè)半電池組成的原電池工作原理：1. 用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)(如如:活潑金屬活潑金屬)作負(fù)極作負(fù)極,向外電路提供電子向外電路提供電子; 用氧化性較強(qiáng)