原電池工作原理

第二單元化學能與電能的轉化化學

2化學

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

[知識回顧]CuC①②③④CuZn⑤②③鹽橋2021/5/92內裝含KCl飽和溶液的瓊脂，離子在鹽橋中能移動。鹽橋：鹽橋的作用：溝通內電路

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

(2)兩個電極必須插入電解質溶液中；

(3)兩個電極必須相連并形成閉合回路。原電池由電極、電解質溶液、容器三部分組成原電池由兩個半電池組成，兩個半電池通過鹽橋連接鹽橋2021/5/94化學能轉化為電能的裝置較活潑的金屬失去電子發(fā)生氧化反應，電子從較活潑金屬(負極)通過外電路流向較不活潑的金屬(正極)。原電池工作原理負極：M－ne-＝Mn+氧化反應還原反應正極：Nm+＋me-＝N2021/5/95原電池正負極的比較比較項目正極負極電子流動方向電子流入電子流出金屬活潑性相對不活潑相對活潑電極反應Nm++me-=N(還原反應)M-ne-=Mn+(氧化反應)電極質量變化增大或不變一般：減小離子移動方向陽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、導線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的U型管）構成一個原電池。以下有關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正極反應為：Ag++e-=Ag，③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作，④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池反應相同A.①② B.②③ C.②④ D.③④【鞏固練習1】C2021/5/97練習2：根據下式所表示的氧化還原反應設計一個原電池：

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圖；⑵注明原電池的正極和負極；⑶注明外電路中電子的流向；⑷寫出兩個電極上的電極反應。2021/5/98負極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圖；⑵注明原電池的正極和負極；⑶注明外電路中電子的流向；⑷寫出兩個電極上的電極反應。

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。因為原電池的電極材料本身可以不參加反應，而只起到導電和做載體的作用。例如燃料電池。2021/5/910CuAlNaOH溶液【鞏固練習2】確定下列原電池的正負極，寫出各原電池的電極反應式和總方程式。CuAl

稀硫酸CuAl

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

酸性負極正極中性負極

正極堿性負極正極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)電解質溶液2021/5/914固體燃料電池介質電池反應：

2H2+Ｏ２=2H2O

負極正極負極

正極2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O

2021/5/915原電池原理的應用1.比較金屬的活潑性

構建原電池，測出正負極，

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

B．a>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>aB2021/5/9162.加快某些化學反應的反應速率氧化還原反應一經設計成原電池，反應速率會大大加快原電池原理的應用答：

①加熱；

⑤加入Cu或CuSO4、CuCl2等。②適當增大硫酸的濃度；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制取氫氣的速率，可采取哪些措施？2021/5/917原電池原理的應用3.制做化學電源從理論上講，自發(fā)進行的放熱的氧化還原反應均可設計成原電池【例1】在理論上下列反應中可設計成原電池的是（）

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】請根據反應2I-+2Fe3+=2Fe2++I2設計一個原電池，畫出裝置圖，寫出電極反應式負極：Fe－2e-＝Fe2+正極：2Fe3+＋2e-＝2Fe2+電解質溶液：

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

鋰電池常見化學電源紐扣電池2021/5/920用途廣泛的電池用于“神六”的太陽能電池筆記本電腦專用電池手機專用電池攝像機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－負極：Zn+2OH－-2e-=ZnO+H2O總反應：

Zn+Ag2O=ZnO+2Ag一次電池電極分別為Ag2O和Zn電解質溶液為KOH2021/5/922化學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電池的分類2021/5/923干電池負極：Zn–2e-=Zn2+（負極）（正極）2NH4++2e-=2NH3+H2總反應：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-錳干電池的結構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：攜帶方便缺點：電量小，污染大2021/5/9243、堿性鋅-錳干電池電解質：KOH負極：——ZnZn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：——MnO22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺點：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價格較貴優(yōu)點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電電池反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2單位質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_____電和_____電，是電池發(fā)展的一個重要方向。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放電過程負極：氧化反應Pb+SO42--2e-=PbSO4正極：還原反應

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

PbSO4+2e-=Pb+SO42-陽極(接電源正極)：氧化反應

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

2PbSO4+2H2O放電充電放電過程總反應：

Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充電過程總反應：

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

鉛蓄電池用途：優(yōu)點：主要缺點：電動自行車、汽車、發(fā)電站等都要用到它可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價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能直接轉換成電能的化學電池。（氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣燃料電池……）氫氧燃料電池酸性電解質：堿性電解質負極:2H2-4e-+4OH-==4H2O正極:O2+2H2O+4e-==4OH-總反應:2H2+O2==2H2O負極：2H2-4e-==4H+正極：O2+4H++4e-==2H2O總反應：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，從而設計出一種燃料電池。該電池中通甲烷的鉑絲為

極，發(fā)生的電極反應為

。該電池工作時（放電）反應的總化學方程式為

。電池工作時溶液的pH值將

（填“不變”、“變小”、“變大”）。

負CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2OCH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O變小2021/5/931（１）能量轉換效率高，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，可在各種環(huán)境下工作。判斷電池優(yōu)劣的標準（１）比能量［符號(W·h/kg)，(W·h/L)］指電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少（２）比功率[符號是W/kg，W/L)]指電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大小（3）電池的儲存時間的長短除特殊情況外，質量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質量好?；瘜W電池優(yōu)點2021/5/932民用軍用動力電池電池的應用2021/5/933二次儲能電池應用方向移動電站小型蓄電殺蟲燈太陽能蓄電器太陽能路燈草坪燈發(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