修1.2.1原电池的工作原理(JZJ).ppt

专题1 化学反应与能量变化,第二单元 化学能与电能的转化,原电池的工作原理,以反应Zn+CuSO4Cu+ZnSO4为例，设计一个原电池,根据自己设计的原电池，回答下列问题？,.原电池的构成条件,1.原电池是怎样一个装置?,.标出原电池的正负极，并说明判断的依据？,.导线中,电子的流动方向？电流方向呢？,.电解质溶液中，各离子如何移动？,. 写出电极反应和总反应式。,知识回顾,2.形成原电池的条件:,前提条件：有自发的氧化还原反应、放热反应,（1）有两种活泼性不同的导电材料 (不同的金属或金属与非金属导体）作电极,（2）两个电极必须插入电解质溶液中,（3）两极相连形成闭合回路 （用导线连接或电极直接接触）,知识小结一、原电池的工作原理,1.原电池的反应原理,发生氧化还原反应,化学能转化为电能,3.原电池电极的判断,负极相对活泼-失电子-电子流出-发生氧化反应,正极相对不活泼-得电子-电子流入-发生还原反应,4.离子移动方向：,知识小结一、原电池的工作原理,负极反应：Zn - 2e- = Zn2+ （氧化反应） (即锌半电池反应) 正极反应：2H+ 2e- = H2 （还原反应） (即铜半电池反应),总反应式：综合正极和负极电极反应式而得： Zn+ 2H+ = Zn2+ + H2 （氧化还原反应）,原电池是由两个半电池组成的；半电池中的反应就是半反应,即电极反应,所以半电池又叫电极（不是电极导体）。,知识小结一、原电池的工作原理,5.两极反应情况：,判断下列装置能否构成原电池.,电流表指针发生偏转，但不稳定,两个电极上都有红色物质生成,发现:,由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。,思考：如何才能得到持续稳定的电流？,分析：,在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池(课本P-13)。,在U形管中装满用KCl饱和溶液和琼脂做成的冻胶. 琼脂的作用:防止管中溶液流出;使Cl-,K+在管中自由移动。,1.什么是盐桥?,2.盐桥的作用：,（1）使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触，使之产生恒稳电流；（2）阴、阳离子定向移动，使电解质溶液保持电中性。,锌半电池 铜半电池,？,从原电池装置中取出盐桥，为什么就不会产生电流了？,盐桥中的盐溶液是电解质溶液，能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。取出盐桥，由于Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液，使ZnSO4溶液因Zn2+增加而带正电；同时Cu2+获得电子成为金属铜沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因SO42，相对增加而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成不产生电流的现象。,此电池的优点： 能产生持续、 稳定的电流。,请将氧化还原反应 Cu+2Ag+ = Cu2+2Ag,设计成一个能产生稳定电流的原电池装置，并写出两个电极上的电极反应。,（1）装置可采用烧杯和盐桥 （2）注明原电池的正极和负极 （3）注明外电路中电子的流向 （4）写出两个电极上的电极反应,提示与要求:,知识应用,【归纳与总结】原电池的设计思路,（1）以自发进行的氧化还原反应为基础 （2）把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 （3）以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 （4）画出装置简图,1、一个原电池的总反应的离子方程式是 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该反应的原电池的组成正确的是,随堂检测 ,2、已知氧化还原反应 Cu2FeCl3 = 2FeCl2CuCl2， 利用这一反应设计一个原电池，画出示意图，标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。,3.(全国理综)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式: 负极反应式: , 正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32- 总电池反应 式: .,2CO+2CO32-4e- =4CO2,2CO+O2=2CO2,随堂检测 ,【知识拓展】,稀 硫 酸,Cu,稀H2SO4,下列关于下图所示原电池的说法 正确的是 A、铝片为正极 B、正极上有H2产生 C、Al是电池的负极，开始工作时 溶液中会立即有白色沉淀析出 D、当转移0.04 mol e- 时，产生 0.01 mol O2,【活学活用】,【高考试题】,（2010广东理综卷）23.铜锌原电池（如图9）工作时，下列叙述正确的是 A. 正极反应为：Zn2e-=Zn2+ B.电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2+ +CU C .在外电路中，电子从负极流向正极 D. 盐桥中的K+移向ZnSO4溶液,答案BC,【高考试题】,（2010浙江卷）9. Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为： 2Li+FeS+2e-Li2S+Fe 有关该电池的下列中，正确的是 Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价 该电池的电池反应式为：2Li+FeSLi2S+Fe 负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+,答案C,【高考试题】,（2011海南）根据下图，下列判断中正确的是 A.烧杯a中的溶液pH升高 B.烧杯b中发生氧化反应 C.烧杯a中发生的反应为2H+2e-=H2 D.烧杯b中发生的反应为2Cl-2e-=Cl2,答案AB,专题1 化学反应与能量变化,第二单元 化学能与电能的转化,化 学 电 源,锂电池,干电池,纽扣电池,各类电池,蓄电池,银锌纽扣电池 是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。两极分别为氧化银和锌，电解质为KOH溶液，发生氧化还原反应后生成银和氧化锌。,锌是 极，发生 反应； 氧化银是 极，发生 反应。 总反应为：Zn+Ag2O= ZnO+2Ag 负极（锌）： 正极（氧化银）：,负,氧 化,正,还 原,1、干电池-一次电池,Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+ 正极（石墨）：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O,普通锌锰干电池,总反应：Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O,碱性锌锰干电池（用KOH代替NH4Cl能提高 性能，延长寿命）,负极（锌筒）： 正极（石墨）：,总反应：Zn+ 2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+ 2MnOOH,Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,氢氧燃料电池的工作原理,酸性条件：,负极（H2）：,2H2 -4e = 4H+,碱性或中性条件：,负极（H2）：,2H2 + 4OH - 4e = 4H2O,正极（O2）： O2 + 2H2O + 4e = 4OH,总反应： 2H2O22H2O,总反应： 2H2O22H2O,2、燃料电池,氢氧燃料电池结构,正极（O2）： O2 + 4H+ + 4e = 2H2O,【拓展】,一种新型燃料电池，它是以两根金属铂片插入 KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷 和氧气。电极反应为： 负极： 正极： 电池总反应：,2O2+ 4H2O +8e-= 8OH -,CH4+ 10OH -8e-= CO32- + 7H2O,CH4+ 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3 H2O,3、充电电池,充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使生成物恢复原状，如此充放电可循环进行，至一定周期后终止。,汽车用蓄电池,铅蓄电池放电时的电极反应： 负极：Pb + SO42-2e-PbSO4 正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-PbSO4 + 2H2O,总反应 ：PbO2 + Pb + 4H+ 2SO42- = 2PbSO4 + 2H2O,铅蓄电池充电时的电极反应： 负极： PbSO4 +2e- Pb + SO42- 正极： PbSO4 + 2H2O -2e- PbO2 + 4H+ + SO42-,总反应 ：2PbSO4 + 2H2O = PbO2 + Pb + 4H+ 2SO42-,海水电池,1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电 池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电 解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 这种海水电池的能量比“干电池”高2050倍。电极 反应式为： 负极： 正极： 电池总反应：,4Al - 12e-= 4Al 3+,3O2+ 6H2O +12e-= 12 OH -,4Al+3O2+ 6H2O = 4Al (OH)3,【拓展】,镍铬电池,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,NiO2（S）+Cd（S）+2H2O（L） =Ni（OH）2（S）+Cd（OH）2（S）,Ag2O（S）+Cd（S）+H2O（L） =2Ag（S）+Cd（OH）2（S）,1、电极材料及原料 2、电解质溶液 3、优点 4、应用领域,锂电池,摩托罗拉6188/6288原装锂电池,正极：金属氧化物 负极：锂,使用寿命长，质量轻、电压高、工作效率高、寿命长、质量轻、体积小,有机溶剂,电脑、照相机、手表、心脏起博器,索尼数码相机锂电池,锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受 到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池 的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（ ） A、 Li是正极，电极反应为Li e- = Li+ B、 Li是负极，电极反应为Li e- = Li+ C、 Li是负极，电极反应为MnO2 + e- = MnO2 D、 Li是负极，电极反应为Li 2e- = Li2+,熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 阳极反应式：2CO+2CO32- = 4CO2+4e- 阴极反应式：_ 总电池反应式：_,练习,2CO+O2=2CO2,O2+2CO2+4e-=2CO32-,如图是2004年