原電池（第1課時(shí)）課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修1

第1講

原電池新人教版化學(xué)選擇性必修一第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池復(fù)習(xí)導(dǎo)入1.原電池：化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置2.構(gòu)成條件①兩個(gè)能導(dǎo)電的電極②電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)（離子導(dǎo)體）④能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)一般為兩種活動(dòng)性不同的金屬或金屬與能導(dǎo)電的非金屬（石墨等）③電極間形成閉合回路實(shí)驗(yàn)4-1雙液

-鹽橋原電池

缺點(diǎn)：原電池中的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)沒(méi)有完全隔開(kāi)，鋅與其接觸的硫酸銅溶液發(fā)生反應(yīng)，電流會(huì)逐漸衰減。不能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定電流。對(duì)原電池工作原理的進(jìn)一步探究：如下圖是原電池，如果用它做電源，不但效率較低，而且時(shí)間稍長(zhǎng)電流就很快減弱，因此不適合實(shí)際應(yīng)用。是什么原因造成的呢？有沒(méi)有什么改進(jìn)措施？深入探究：1.氧化劑和還原劑直接接觸:在單液原電池中，氧化劑和還原劑直接接觸，導(dǎo)致電子的轉(zhuǎn)移不經(jīng)過(guò)外部電路，從而使得電流衰減較快。??2.負(fù)極鋅片周?chē)娜芤簬д姾?：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，負(fù)極鋅片周?chē)娜芤簬д姾?，阻止鋅失去電子變成鋅離子進(jìn)入溶液，導(dǎo)致電流減小。??3.鋅片表面變得光滑?：在反應(yīng)過(guò)程中，鋅片表面逐漸變得光滑，難以吸附電子，這也是電流衰減的一個(gè)原因。4.在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開(kāi)，這樣就增加了電池的內(nèi)阻，使電流不能暢通1.雙液-鹽橋原電池

鹽橋裝有含KCl飽和溶液的瓊脂(只出不進(jìn))作用：①連接內(nèi)電路，形成閉合回路②平衡電荷，溶液保持電中性③避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流瓊膠的固定作用可以防止KCl溶液直接流出來(lái)。1.雙液-鹽橋原電池優(yōu)點(diǎn)：

把氧化和還原反應(yīng)完全隔離，在不同區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)電子的定向移動(dòng)；能持續(xù)、穩(wěn)定地產(chǎn)生電流；最大限度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。2.雙液原電池實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有鹽橋存在時(shí)，電流表指針偏轉(zhuǎn),取出鹽橋，電流表指針不再偏轉(zhuǎn)雙液原電池的不足【實(shí)驗(yàn)探究】組裝單液、雙液銅鋅原電池，測(cè)定電流，比較大小?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】單液原電池電流較大；雙液原電池的電流較小。雙液原電池電流小的原因：①離子運(yùn)動(dòng)的距離長(zhǎng)②離子運(yùn)動(dòng)的通道窄③離子容量小雙液原電池的改進(jìn)縮短鹽橋長(zhǎng)度增大鹽橋截面積增大離子濃度……隔膜隔膜原電池陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)陰離子交換膜：只允許陰離子通過(guò)質(zhì)子交換膜：只允許H+通過(guò)隔膜的作用將兩電極區(qū)隔離，防止反應(yīng)選擇性通過(guò)離子，平衡電荷、形成閉合回路分離物質(zhì)或除雜隔膜類(lèi)型陽(yáng)離子交換膜陰離子交換膜質(zhì)子交換膜3.鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò),下列有關(guān)敘述正確的是(

)。A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.電池工作一段時(shí)間后,甲池的c()減小C.電池工作一段時(shí)間后,乙池溶液的總質(zhì)量增加D.陰、陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng),保持溶液中電荷平衡C課堂小結(jié)名稱(chēng)單液原電池雙液原電池隔膜原電池優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電流強(qiáng)1.能量轉(zhuǎn)化率低2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短1.內(nèi)阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長(zhǎng)1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長(zhǎng)3.內(nèi)阻小，電流強(qiáng)原電池的正負(fù)兩極判斷1.負(fù)極：失電子，化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，作還原劑

正極：得電子，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，作氧化劑（負(fù)氧正還）2.電子流出的是負(fù)極，電流流出的是正極3.陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)4.活潑金屬為負(fù)極，不活潑金屬/非金屬為正極5.質(zhì)量減小的是負(fù)極，質(zhì)量增加或者質(zhì)量不變，有氣泡產(chǎn)生的是正極2.原電池原理的應(yīng)用

如在Zn與稀硫酸的反應(yīng)體系中加入少量CuSO4溶液，Zn能置換出少量Cu，在溶液中Zn、Cu、稀硫酸構(gòu)成原電池，可以加快產(chǎn)生H2的速率。1.加快氧化還原反應(yīng)速率2.比較金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱活潑金屬為負(fù)極，不活潑金屬/非金屬為正極質(zhì)量減小的是負(fù)極，質(zhì)量增加或者質(zhì)量不變，有氣泡產(chǎn)生的是正極特例：Mg/Al/NaOH溶液形成的原電池中

特例：Cu/Fe/濃硝酸形成的原電池中2.原電池原理的應(yīng)用3.設(shè)計(jì)原電池2.原電池原理的應(yīng)用設(shè)計(jì)原電池：Cu+2Ag+

＝2Ag+Cu2+Fe+2Fe3+=3Fe2+典例精講根據(jù)原電池工作原理，將下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池：2Fe3++2I-2Fe2++I2答案D1.控制合適的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3＋被還原C．電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)D．電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，則乙中的石墨電極為負(fù)極2.把a(bǔ)、b、c、d四種金屬浸入稀硫酸中，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極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時(shí)，b極上產(chǎn)生大量氣泡，則四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)?)A．a(chǎn)>b>c>dB．a(chǎn)>c>d>bC．c>a>b>dD．b>d>c>a答案B3.某原電池裝置如圖所示。下列有關(guān)敘述中，正確的是()A．電池工作時(shí)，鹽橋中的Cl－向負(fù)極移動(dòng)B．負(fù)極反應(yīng)式：2H＋＋2e－=

H2↑C．工作一段時(shí)間后，兩燒杯中溶液pH均不變D．Fe作正極，發(fā)生氧化反應(yīng)答案A

模塊二化學(xué)電源二、化學(xué)電源1.化學(xué)電源

將化學(xué)能變成電能的裝置廣泛應(yīng)用于移動(dòng)、照相機(jī)、計(jì)算器、遙控器、汽車(chē)、衛(wèi)星等。優(yōu)點(diǎn)能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠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，使用方便易維護(hù)，可在各種環(huán)境下工作。二、化學(xué)電源2.電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)

比能量比功率電池的可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短［單位：(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[單位：（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小.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，更易滿足使用者需求。二、化學(xué)電源3.化學(xué)電源的分類(lèi)

放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無(wú)法逆向進(jìn)行）一次電池一次電池的電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫做干電池。常見(jiàn)一次電池有普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、銀鋅電池等。二、化學(xué)電源一次電池正極負(fù)極電解質(zhì)溶液e-+-逐漸消耗不斷被還原電池電壓逐漸降低，最后失效鋅錳干電池二、化學(xué)電源一次電池鋅錳干電池負(fù)極：Zn—2e—===Zn2+正極：2MnO2+2NH4++2e—=2MnOOH+2NH3↑總反應(yīng)：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+2MnOOH容易漏液（鋅外殼變??；糊狀NH4Cl顯酸性與鋅反應(yīng)）產(chǎn)生氨氣膨脹鋅錳干電池的缺點(diǎn):二、化學(xué)電源一次電池堿性鋅錳干電池濕的氫氧化鉀NH4Cl糊狀電解液負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)二、化學(xué)電源一次電池紐扣式銀鋅電池正極:Ag2O;負(fù)極：Zn;電解質(zhì):

KOH溶液Zn－2e-＋2OH－＝Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2負(fù)極:正極:總反應(yīng)式:二、化學(xué)電源

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，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。汽車(chē)用鉛酸蓄電池鎳氫電池二次電池（充電電池）二、化學(xué)電源正極：PbO2

負(fù)極：Pb

電解質(zhì)溶液：稀硫酸總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電負(fù)極：Pb+SO42-－2e-==PbSO4正極：PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2O二次電池鉛酸蓄電池放電過(guò)程中，負(fù)極質(zhì)量變化

，稀H2SO4的濃度

。增大減小放電總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電鉛酸蓄電池充電

PbO2作正極充電：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4，硫酸濃度不斷增大正、負(fù)極質(zhì)量均增加對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練B二、化學(xué)電源二次電池鋰電池總反應(yīng)：正極：

負(fù)極：

LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2＋Cy放電充電負(fù)極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)電解液：鋰導(dǎo)電有機(jī)電解液LixCy－xe－＝xLi++CyLi1-xCoO2+xLi+

+xe-＝LiCoO2二、化學(xué)電源燃料電池將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑(如氧氣）的化學(xué)能連續(xù)不斷地直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點(diǎn)。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上,排放的廢棄物少。

反應(yīng)物不儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，由外設(shè)設(shè)備提供燃料和氧化劑。二、化學(xué)電源燃料電池氫氧燃料電池酸性電解質(zhì)堿性電解質(zhì)負(fù)極反應(yīng)2H2－4e—＝

4H+2H2＋4OH—－4e—＝4H2O正極反應(yīng)O2

＋4H+

＋4e—＝2H2OO2＋2H2O＋4e—

＝

4OH—總反應(yīng)2H2+O2

＝2H2O反應(yīng)后溶液PH升高反應(yīng)后溶液PH降低以甲烷燃料電池為例來(lái)分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法：(1)酸性介質(zhì)(如H2SO4)負(fù)極：____________________________________________；正極：____________________________________________；總反應(yīng)式：________________________________________。(2)堿性介質(zhì)(如KOH)負(fù)極：____________________________________________；正極：____________________________________________；總反應(yīng)式：________________________________________。CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋===4H2OCH4＋2O2===CO2＋2H2OCH4＋2O2＋2OH－===CO32-＋3H2OCH4－8e－＋10OH－===CO32-＋7H2O2O2＋8e－＋4H2O===8OH－(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)負(fù)極：____________________________________________；正極：____________________________________________；總反應(yīng)式：________________________________________。（4）熔融碳酸鹽燃料電池（電解質(zhì)是Li2CO3－K2CO3的混合物熔鹽，導(dǎo)電離子是碳酸根離子）負(fù)極：____________________________________________；正極：____________________________________________；總反應(yīng)式：________________________________________。CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O2O2＋8e－===4O2－CH4＋2O2===CO2＋2H2OCH4＋2O2===CO2＋2H2O2O2+4CO2+8e－===4CO32-CH4－8e－＋4CO32-===5CO2＋2H2O乙烷燃料電池1.酸性電解質(zhì)2堿性電解質(zhì)甲醇燃料電池乙醇燃料電池【思考交流】構(gòu)造示意圖如圖所示。該電池以稀土金屬材料作電極，兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2－。固體電解質(zhì)燃料電池正極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式總反應(yīng)式CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2OO2＋4e－===2O2－CH4＋2O2===CO2＋2H2O

熔融碳酸鹽燃料電池正極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式總反應(yīng)式BA

2CO＋O2===2CO2

對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練電化學(xué)氣敏傳感器可用于監(jiān)測(cè)環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖如圖，寫(xiě)出電極a的電極反應(yīng)式：

。2NH3＋6OH－－6e－=N2＋6H2O

寫(xiě)出正負(fù)極電極反應(yīng)式A某化學(xué)興趣小組將兩個(gè)完全相同的銅片分別放入體積相同均為2L、濃度不同的CuSO4