《原电池原理及应用》PPT课件.ppt

,原电池原理及其应用,问题1:下列装置中灵敏电流计上是否有电流通过?下列装置是否为原电池?,构成原电池条件,电解质溶液,活泼性不同的两电极,形成闭合回路,问题2：有电流说明有电能产生,电能是怎样转化来的?,例1、Zn、Cu作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：Cu作_极,Zn作_极电极反应式是：负极_,正极_,总反应式是_,正,负,Zn-2e-=Zn2+,2H+2e-=H2,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,1、原电池的反应原理,自发进行的氧化还原反应,化学能转化为电能,2、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,知识拓展：,原电池是由两个半电池组成的；半电池包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。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。,盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂做成的冻胶。,这种装置能将化学能转变为电能，称为原电池（PrimaryCell）,盐桥的作用：使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。这样可以大大提高电池效率。,原电池电极反应式的书写注意事项：（1）找出两极放电的物质，负氧正还。（2）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H+、OH、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。（3）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。,小结,原电池应用,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+,正极（石墨）：2NH4+2e-=2NH3+2H2,总反应：Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+2H2,1、锌-锰干电池(酸性）,常用电池的电极反应和电池总反应式书写,2、铅蓄电池,负极Pb：Pb+SO42-2e-=PbSO4,正极PbO2：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,总反应：,钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO，,3、银-锌电池,负极：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O,正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,总反应：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag,电极:Pt制作的惰性电极,电解质溶液:KOH溶液,负极:2H2-4e-+4OH-4H2O,正极:O2+2H2O+4e-4OH-,总反应：2H2+O22H2O,拓展创新,氢氧燃料电池,若为酸性介质，试写出电极反应式？,思考:,负极：2H2-4e-4H+正极:O2+4H+4e-2H2O,4、新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/煤气电池/海水-空气电池),5、海水电池（电解质溶液为海水）,负极：4Al-12e=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e=12OH总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,6、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li-2e=2Li+，正极：I2+2e=2I，总反应：2Li+I2=2LiI,跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。,1、,2、,金属阳离子,失e-,氧化反应,金属腐蚀的类型,化学腐蚀,电化腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,（常见普遍）,金属腐蚀及防护,金属原子,金属腐蚀的本质：,3、,金属腐蚀：,是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。,钢铁表面形成的微小原电池示意图,钢铁的腐蚀,钢铁的析氢腐蚀示意图,钢铁的吸氧腐蚀示意图,Fe2O3nH2O,（铁锈）,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,水膜呈酸性。,水膜呈中性或酸性很弱。,CO2+H2OH2CO3H+HCO3-,电极反应,负极Fe(-),Fe-2e=Fe2+,2Fe-4e=2Fe2+,正极C(+),2H+2e=H2,O2+2H2O+4e=4OH-,总反应:,Fe+2H+=Fe2+,2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,联系,钢铁腐蚀的防护：,例6：,改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢。,A.,C.,铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；,B.,D.,它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；,2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是Cu2(OH)2CO3这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是,环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；,（D）,它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；,2.金属表面覆盖保护层,3.电化学保护法,原理：,原理：,如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。,隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。,牺牲阳极的阴极保护法,形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。,牺牲阳极的阴极保护法示意图,练习：下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序是ABCD,D,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀,小结,例1：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为_，则其正极反应式为_。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为_，则其负极反应可表示为_。,2H2-4e-+4OH-=4H2O,2H2-4e-=4H+,O2+4e-+4H+=2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,例2：氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出图中甲烷燃料电池中a极的电极反应式：，此时电池内总的反应式。,CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,例3：有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（）每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-负极上CH4失去电子，电极反应式：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-电池放电后，溶液PH不断升高A.B.C.D.,A,例4：已知下列原电池的总反应式，Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2，请写出电极反应式负极：_正极：_例5：将上题中的反应设计成原电池。画出装置图并注明电极材料及电解质溶液。,2Fe3+2e-=2Fe2+,Cu-2e-=Cu2+,例6：蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是()A放电时，Fe是负极，NiO2是正极B蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中C充电时，阴极上的电极反应为：D放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动,答案：B、D。,例7、(99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:,