原电池工作原理

第二单元化学能与电能的转化化学

2化学

反应原理原电池的工作原理2021/5/91判断下列装置能否构成原电池，并思考原电池的构成条件

[知识回顾]CuC①②③④CuZn⑤②③盐桥2021/5/92内装含KCl饱和溶液的琼脂，离子在盐桥中能移动。盐桥：盐桥的作用：沟通内电路

，使连接的两溶液保持电中性。盐桥【实验1】CuSO4此电池的优点:能产生持续、稳定的电流。2021/5/93温故知新原电池基础知识将化学能转化为电能的装置借助氧化还原反应产生电流的装置概念：构成条件：先决条件：必须发生放热的氧化还原反应(1)必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；

(2)两个电极必须插入电解质溶液中；

(3)两个电极必须相连并形成闭合回路。原电池由电极、电解质溶液、容器三部分组成原电池由两个半电池组成，两个半电池通过盐桥连接盐桥2021/5/94化学能转化为电能的装置较活泼的金属失去电子发生氧化反应，电子从较活泼金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。原电池工作原理负极：M－ne-＝Mn+氧化反应还原反应正极：Nm+＋me-＝N2021/5/95原电池正负极的比较比较项目正极负极电子流动方向电子流入电子流出金属活泼性相对不活泼相对活泼电极反应Nm++me-=N(还原反应)M-ne-=Mn+(氧化反应)电极质量变化增大或不变一般：减小离子移动方向阳离子移向该极阴离子移向该极2021/5/96用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是①在外电路中，电流由铜电极流向银电极，②正极反应为：Ag++e-=Ag，③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作，④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A.①② B.②③ C.②④ D.③④【巩固练习1】C2021/5/97练习2：根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：

Cu(s)+2Ag+(aq)=Cu2+(aq)+2Ag(s)⑴装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；⑵注明原电池的正极和负极；⑶注明外电路中电子的流向；⑷写出两个电极上的电极反应。2021/5/98负极Ｃｕ：Ｃｕ－2e-＝Ｃｕ2+正极C：2Ag++2e-＝2AgCCuAgNO3CuSO4+—e-⑴装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；⑵注明原电池的正极和负极；⑶注明外电路中电子的流向；⑷写出两个电极上的电极反应。

Cu(s)+2Ag+(aq)=Cu2+(aq)+2Ag(s)2021/5/99G

CAB反思原电池一定要有活泼性不同的两电极吗？不一定。因为原电池的电极材料本身可以不参加反应，而只起到导电和做载体的作用。例如燃料电池。2021/5/910CuAlNaOH溶液【巩固练习2】确定下列原电池的正负极，写出各原电池的电极反应式和总方程式。CuAl

稀硫酸CuAl

浓HNO3①②③2021/5/911电极方程式规律1、遵循离子反应方程式书写规律2、负极还原剂发生氧化反应为氧化产物，正极：氧化剂的电子为还原产物。注意溶液的酸碱性不同，产物的书写形式不同3、氧化还原反应得失电子守恒:4、负极+正极=总反应2021/5/9122021/5/913燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O

酸性负极正极中性负极

正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-氢氧燃料电池

(1)电极:惰性电极（石墨或Pt）(2)电解质溶液2021/5/914固体燃料电池介质电池反应：

2H2+Ｏ２=2H2O

负极正极负极

正极2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O

2021/5/915原电池原理的应用1.比较金属的活泼性

构建原电池，测出正负极，

负极金属活泼性＞正极金属【例】把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，d质量减轻，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为：()A．a>b>c>d

B．a>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>aB2021/5/9162.加快某些化学反应的反应速率氧化还原反应一经设计成原电池，反应速率会大大加快原电池原理的应用答：

①加热；

⑤加入Cu或CuSO4、CuCl2等。②适当增大硫酸的浓度；③锌粒换用锌粉；④纯锌换用粗锌；【例1】为了加快锌与稀硫酸反应制取氢气的速率，可采取哪些措施？2021/5/917原电池原理的应用3.制做化学电源从理论上讲，自发进行的放热的氧化还原反应均可设计成原电池【例1】在理论上下列反应中可设计成原电池的是（）

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【练习】请根据反应2I-+2Fe3+=2Fe2++I2设计一个原电池，画出装置图，写出电极反应式负极：Fe－2e-＝Fe2+正极：2Fe3+＋2e-＝2Fe2+电解质溶液：

FeCl3溶液

FeFeCl2FeCl3C2021/5/919普通锌锰电池碱性电池

镍镉电池小型高性能燃料电池

镍氢电池

锂电池常见化学电源纽扣电池2021/5/920用途广泛的电池用于“神六”的太阳能电池笔记本电脑专用电池手机专用电池摄像机专用电池纽扣电池最小燃料电池直径只有3毫米2021/5/9211.锌银钮扣电池正极：Ag2O+H2O+

2e-=2Ag+2OH－负极：Zn+2OH－-2e-=ZnO+H2O总反应：

Zn+Ag2O=ZnO+2Ag一次电池电极分别为Ag2O和Zn电解质溶液为KOH2021/5/922化学电池一次电池二次电池燃料电池碱性锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池等锂离子电池银锌蓄电池普通锌锰干电池锌银纽扣电池化学电池的分类2021/5/923干电池负极：Zn–2e-=Zn2+（负极）（正极）2NH4++2e-=2NH3+H2总反应：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2正极：锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2

和

H2O等2、普通干电池其他干电池：碱性锌-锰干电池、银-锌纽扣电池等优点：携带方便缺点：电量小，污染大2021/5/9243、碱性锌-锰干电池电解质：KOH负极：——ZnZn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极：——MnO22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电电池反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2单位质量的电极材料放出电能的大小2021/5/925可充电电池也称为____电池，可以反复_____电和_____电，是电池发展的一个重要方向。二次放充可充电电池铅蓄电池锂电池二次电池2021/5/926二次电池—

铅蓄电池2021/5/927①放电过程负极：氧化反应Pb+SO42--2e-=PbSO4正极：还原反应

PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O②充电过程阴极(接电源负极)：还原反应

PbSO4+2e-=Pb+SO42-阳极(接电源正极)：氧化反应

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

2PbSO4+2H2O放电充电放电过程总反应：

Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充电过程总反应：

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

铅蓄电池用途：优点：主要缺点：电动自行车、汽车、发电站等都要用到它可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉可充电电池比能量低、笨重、废弃电池污染环境2021/5/929

燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……）氢氧燃料电池酸性电解质：碱性电解质负极:2H2-4e-+4OH-==4H2O正极:O2+2H2O+4e-==4OH-总反应:2H2+O2==2H2O负极：2H2-4e-==4H+正极：O2+4H++4e-==2H2O总反应：2H2+O2==2H2O燃料电池2021/5/930【例2】有人将铂丝插入氢氧化钾溶液中作电极，并在两极片上分别通甲烷和氧气形成电池，从而设计出一种燃料电池。该电池中通甲烷的铂丝为

极，发生的电极反应为

。该电池工作时（放电）反应的总化学方程式为

。电池工作时溶液的pH值将

（填“不变”、“变小”、“变大”）。

负CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2OCH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O变小2021/5/931（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。（２）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。（３）易维护，可在各种环境下工作。判断电池优劣的标准（１）比能量［符号(W·h/kg)，(W·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（２）比功率[符号是W/kg，W/L)]指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小（3）电池的储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。化学电池优点2021/5/932民用军用动力电池电池的应用2021/5/933二次储能电池应用方向移动电站小型蓄电杀虫灯太阳能蓄电器太阳能路灯草坪灯发电辅助电站2021/5/934固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电