原电池工作原理

专题1化学反应与能量转化 第二单元化学能与电能的转化 原电池的工作原理 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 盐桥 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 此电池的优点 能产生持续 稳定的电流 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 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 N 原电池正负极的比较 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 在外电路中 电流由铜电极流向银电极 正极反应为 Ag e Ag 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作 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 B C D 巩固练习1 C 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 装置可采用烧杯和盐桥 画出此原电池的装置简图 注明原电池的正极和负极 注明外电路中电子的流向 写出两个电极上的电极反应 负极 2e 2 正极C 2Ag 2e 2Ag C Cu AgNO3 CuSO4 e 装置可采用烧杯和盐桥 画出此原电池的装置简图 注明原电池的正极和负极 注明外电路中电子的流向 写出两个电极上的电极反应 Cu s 2Ag aq Cu2 aq 2Ag s 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 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 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 燃料电池 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4OH 4e 4H2O O2 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 固体燃料电池 2H2 4e 2O2 2H2O O2 4e 2O2 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 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 dB a c d bC c a b dD b d c a B 2 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 加热 加入Cu或CuSO4 CuCl2等 适当增大硫酸的浓度 锌粒换用锌粉 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 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 H 0B Ba OH 2 8H2O s NH4Cl s BaCl2 aq 2NH3 H2O l 8H2O l H 0C CaC2 s 2H2O l Ca OH 2 s C2H2 g H 0D CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 0 D 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 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 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 1 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KOH 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 干电池 负极 Zn 2e Zn2 负极 正极 2NH4 2e 2NH3 H2 总反应 Zn 2NH4 Zn2 2NH3 H2 2MnO2 H2 2MnO OH ZnCl2 4NH3 Zn NH3 4 Cl2 正极 2 普通干电池 3 碱性锌 锰干电池 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 单位质量的电极材料放出电能的大小 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 二次电池 铅蓄电池 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 2H2O 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 2H2SO42PbSO4 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 2H2SO4 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 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 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 7H2O CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 变小 能量转换效率高 供能稳定可靠 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 易维护 可在各种环境下工作 判断电池优劣的标准 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 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 民用 军用 动力电池 电池的应用 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 固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆 氧化钇为电解质 这种固体电解质在高温下允许氧离子 O2 在其间通过 该电池的工作原理如图所示 其中多孔电极a b均不参与电极反应 下列判断正确的是 A 有O2参加反应的a极为电池的负极B b极的电极反应为 H2 2e 2H C a极的电极反应为 O2 2H2O 4e 4OH D 电池的总反应式为 2H2 O2 2H2O 减少污染节约资源 琼脂简介 琼脂 学名琼胶 又名洋菜 冻粉 燕菜精 洋粉 寒天 琼脂是由海藻中提取的多糖体 是目前世界上用途最广泛的海藻胶之一 用藻类制成的琼脂是半透明 无定形的粉末 薄片或颗粒 琼脂不溶於冷水 能吸收相当本身体积20倍的水 易溶於沸水 稀释液在42 仍保持液状 但在37 凝成紧密的胶冻 琼脂为细胞壁