原電池和化學(xué)電源

原電池和化學(xué)電源第1頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、原電池1、定義：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置。4、原電池原理：2、原電池反應(yīng)的本質(zhì)是:氧化還原反應(yīng)3、原電池組成條件①能自發(fā)進(jìn)行的（放熱的）氧化還原反應(yīng)②兩個(gè)電極和電解質(zhì)溶液③形成閉合回路第2頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五負(fù)極正極還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)還原劑失去的電子從鋅極流出流入銅極經(jīng)外電路SO42-H+內(nèi)電路第3頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液第4頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五鹽橋的作用：維持溶液電中性形成閉合回路第5頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五電解質(zhì)溶液發(fā)生還原反應(yīng)且起導(dǎo)電作用負(fù)極液只起導(dǎo)電作用正極液發(fā)生還原反應(yīng)且起導(dǎo)電作用雙液原電池電解質(zhì)溶液的作用單液原電池電極電極反應(yīng)負(fù)極----鋅片正極---銅片負(fù)極：Zn－2e-＝Zn2+正極：Cu2++2e-＝Cu雙液原電池的優(yōu)點(diǎn)：1、能量轉(zhuǎn)化率高2、能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流3、防止自放電第6頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五5、原電池正負(fù)極的判斷5.根據(jù)電極現(xiàn)象來(lái)判斷4.根據(jù)電解質(zhì)溶液離子移動(dòng)的方向判斷3.根據(jù)電極反應(yīng)類型判斷1.由組成原電池的電極材料判斷2.根據(jù)電子(電流)流動(dòng)的方向判斷一般是活潑的金屬為負(fù)極活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極電子是由負(fù)極流向正極。電流是由正極流向負(fù)極；原電池的負(fù)極自身失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極溶液中的陽(yáng)離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)。陽(yáng)離子→正極陰離子→負(fù)極不斷溶解，質(zhì)量減少為負(fù)極；有氣體產(chǎn)生,質(zhì)量增加為正極。第7頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五a＞c＞d＞b練習(xí)：1、把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬浸入稀硫酸中，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極產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子向b極移動(dòng)。則四種金屬的活潑性順序?yàn)椋旱?頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五AMgAl稀H2SO4ACuAl濃HNO3ACuFe濃HNO3AMgAlNaoH溶液判斷下列原電池的正負(fù)極第9頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2H++2e-＝H2↑負(fù)極：總反應(yīng)：正極：Zn－2e-＝Zn2+Zn+2H+＝Zn2++H2↑①根據(jù)氧化還原反應(yīng)確定還原劑、氧化劑、還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。以及轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目。②負(fù)極是氧化反應(yīng)的部分，正極是還原反應(yīng)的部分。電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)式的一切規(guī)則6、電極反應(yīng)式ZnCu稀硫酸A第10頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五練習(xí)：1、判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。CuFeCl3溶液負(fù)極：Cu-2e-=Cu2+正極：2Fe3++2e-=2Fe2+A先寫出總反應(yīng)拆成離子方程式：Cu+2Fe3＋=Cu2＋+2Fe2＋根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極CCu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2第11頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2)、請(qǐng)寫出右邊原電池的電極方程式?？偡磻?yīng)方程式：負(fù)極：Al，失e-

2Al-6e－＝2Al3+2Al3++8OH-=2AlO2-+4H2O

負(fù)極：2Al+8OH-－6e-＝2AlO2-+4H2O正極：總反應(yīng)－負(fù)極反應(yīng)6H2O＋6e－＝6OH—＋3H2↑拆成離子方程式：2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑第12頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二課時(shí)第13頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五※燃料電池的電極反應(yīng)和總反應(yīng)的書寫步驟1、寫出燃料電池總反應(yīng)

總反應(yīng)方程式仍是可燃物在氧氣中燃燒的方程式。當(dāng)然由于涉及電解質(zhì)溶液，所以燃燒產(chǎn)物可能還要與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，再寫出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式，從而得到總反應(yīng)方程式。2、寫出燃料電池正極的電極反應(yīng)

燃料電池正極一般都是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)。當(dāng)解質(zhì)為堿性環(huán)境時(shí)，正極的電極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O＝4OH-當(dāng)電解質(zhì)為酸性環(huán)境時(shí)，正極的電極反應(yīng)為：O2+4e-

+4H+＝2H2O第14頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五當(dāng)電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如Li2CO3和Na2CO3熔融鹽混和物）正極反應(yīng)式為O2＋2CO2+4e-==2CO32-當(dāng)電解質(zhì)為熔融氧化物（如固體氧化鋯—氧化釔）正極反應(yīng)式應(yīng)為O2＋4e-==2O2-3、最后寫出燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)負(fù)極的電極反應(yīng)===總反應(yīng)－正極的電極反應(yīng)第15頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五負(fù)極=總反應(yīng)—正極反應(yīng)2H2-4e-+4OH-＝4H2O正極:O2+2H2O+4e-＝4OH-

總反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O練習(xí)：以Pt為電極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液的氫氧燃料電池作業(yè)：導(dǎo)練41頁(yè)變式1、變式2第16頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、原電池原理的應(yīng)用①加快反應(yīng)速率：例如，實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí)，由于鋅太純，反應(yīng)一般較慢，可加入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。第17頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五例題：X、Y、Z、W四種金屬片進(jìn)入稀鹽酸中,用導(dǎo)線連接,可以組成原電池,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖:則四種金屬的活潑性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)閆>Y>X>W②判斷金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱第18頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五④制作化學(xué)電源三、原電池的設(shè)計(jì)

什么樣的化學(xué)反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池？原電池在設(shè)計(jì)的時(shí)候包括哪些部分？③揭示鋼鐵腐蝕的原因及防腐的辦法。第19頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1、根據(jù)電池反應(yīng)寫出電極反應(yīng)2、選擇電極材料兩種活性不同的金屬金屬—非金屬惰性電極3、選擇電解質(zhì)溶液?jiǎn)我涸姵氐碾娊赓|(zhì)溶液要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)（含有參與正極反應(yīng)的陽(yáng)離子）雙液原電池的負(fù)極電解液應(yīng)有與負(fù)極材料相同的陽(yáng)離子，正極電解液要含有參與正極反應(yīng)的陽(yáng)離子第20頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五根據(jù)以下反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)能持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生電流的原電池裝置，畫出裝置圖。Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2AgAAgCuCu(NO3)2AgNO3AgCu(NO3)2ACu第21頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五試將下列兩個(gè)氧化還原反應(yīng)分別設(shè)計(jì)成原電池⑴Zn+2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag⑵2Fe3++Fe=3Fe2+課堂練習(xí)第22頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)化學(xué)電源第23頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.干電池（一次性電池，不可逆）為了充分有效地利用鋅錳電池，用KOH代替NH4Cl，制成了堿性電池，能提高性能，延長(zhǎng)壽命正極：碳棒負(fù)極：鋅筒電解質(zhì)：糊狀NH4ClNH4Cl顯酸性，會(huì)腐蝕鋅筒Zn-2e-=Zn2+2MnO2＋2NH4＋+2e＝Mn2O3＋2NH3＋H2O

第24頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.充電電池(又稱二次電池)充電電池又稱二次電池，它在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)又逆向進(jìn)行，使生成物恢復(fù)原狀，如此充放電可循環(huán)進(jìn)行，至一定周期后終止。充電電池是兩極都參加反應(yīng)的電池。它們的負(fù)極是較活潑的金屬，正極一般是金屬氧化物。（1）鉛蓄電池負(fù)極：Pb正極：PbO2電解質(zhì)：H2SO4溶液Pb+SO42--2e-=PbSO4PbO2＋SO42－十4H＋+2e＝PbSO4＋2H2O

Pb＋PbO2＋2H2SO4PbSO4十2H2O

第25頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.切忌虧電存放。虧電狀態(tài)指電瓶使用后沒(méi)及時(shí)充電，容易出現(xiàn)硫酸鹽化，硫酸鉛結(jié)晶物附在極板上，堵塞電離子通道，造成充電不足，電瓶容量下降。電瓶閑置不用時(shí)，應(yīng)每月充電一次，這能延長(zhǎng)電瓶使用壽命。2.勿大電流放電電動(dòng)自行車在起步、載人、上坡時(shí)，最好用腳蹬助力，盡量避免瞬間大電流放電。大電流放電容易導(dǎo)致硫酸鉛結(jié)晶，從而損害電瓶極板的物理性能。3.掌握充電時(shí)間一般情況下蓄電池都在夜間進(jìn)行充電，平均充電時(shí)間在8小時(shí)左右。若是淺放電（充電后行駛里程很短），電瓶很快就會(huì)充滿，繼續(xù)充電就會(huì)出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象，導(dǎo)致電瓶失水、發(fā)熱，降低電瓶壽命。4.防止高溫曝曬電動(dòng)車嚴(yán)禁在陽(yáng)光下曝曬。溫度過(guò)高的環(huán)境會(huì)使蓄電池內(nèi)部壓力增加而使電瓶限壓閥被迫自動(dòng)開(kāi)啟，直接后果就是增加電瓶的失水量，而電瓶過(guò)度失水必然引發(fā)電瓶活性下降。第26頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五鋰電池（2）鎳－鎘堿性蓄電池負(fù)極：Cd正極：NiO(OH)電解質(zhì)：KOHCd是致癌物質(zhì)，廢棄鎳鎘電池如不回收會(huì)污染環(huán)境（3）新一代可充電的綠色電池——鋰離子電池特點(diǎn)：高能電池，電壓高，質(zhì)量輕，貯存時(shí)間長(zhǎng)等。用途：電腦、手表、心臟起搏器等。第27頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、燃料電池它的電極材料一般為鉑電極和活性炭電極（兩極均不參加反應(yīng)），而是由外設(shè)備提供燃料和氧氣。工作原理：將燃料和氧化劑（O2）反應(yīng)放出化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。反應(yīng)時(shí)燃料從負(fù)極進(jìn)入，O2從正極進(jìn)入。第28頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五氫氧燃料電池是以H2為燃料，產(chǎn)物為H2O的一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為鉑電極和活性炭電極（兩極均不參加反應(yīng)），而是由外設(shè)備提供燃料和氧化劑，反應(yīng)時(shí)H2從負(fù)極進(jìn)入，O2從正極進(jìn)入，電解質(zhì)溶液一般為40%的KOH溶液或稀硫酸溶液。第29頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀H2SO42H2-4e-=4H+

O2+4H++4e-=2H2O2H2+O2=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-當(dāng)電解質(zhì)溶液為KOH溶液時(shí)負(fù)極：正極：第30頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五練習(xí)1、甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液），

總反應(yīng)：正極：負(fù)極：練習(xí)2、用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽(yáng)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)猓频迷?50℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的反應(yīng)：總反應(yīng)：正極：負(fù)極：

第31頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五習(xí)題專練：

某原電池中盛有KOH濃溶液，若分別向________(填“正”或“負(fù)”，下同)極通入可燃性氣體，向________極通入O2，則電路中就有電流通過(guò)，試完成下列問(wèn)題：

可燃性氣體正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)電池總反應(yīng)(1)H2S

(2)CO

(3)C2H4

(4)C3H8

(5)CH3OH

(6)C2H5OH

第32頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期五答案：負(fù)

正正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)電池總反應(yīng)O2＋4e-＋2H2O==4OH--H2S－6e-＋8OH-====SO32-

＋5H2O2H2S＋3O2＋4OH－====2SO32-

＋4H2OCO－2e－＋4OH－====CO32-

＋2H2O2CO＋O2＋4OH－====2

CO32-

＋2H2OC2H