原电池及其工作原理

电子的定向移动,电子转移,氧化还原反应,Zn+2H+=Zn2+H2,Zn-2e=Zn2+,2H+2e=H2,化学能如何转化为电能？,2e,现象：Zn片溶解，Cu片冒气泡,结论：化学能转化为电能,结论：化学能转化为热能,Zn2+,H+,SO42-,正极（+）,负极（）,一、原电池的工作原理,2、原电池的本质：氧化还原反应（电子转移）,1、原电池：将化学能转变为的装置叫原电池。,电能,3、工作原理：,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,失去的电子从锌极流出,流入铜极.,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,外电路,内电路,（1）自发进行的氧化还原反应（放热）（2）两个电极：活泼性不同的两个金属电极或金属电极与惰性电极或两个相同的惰性电极（3）电解质溶液或熔融电解质（导电及参与反应）（4）形成闭合回路,4、构成原电池的条件：,一般活泼金属和酸碱盐等电解质溶液的反应,ZnCuSO4（aq）Cu,ZnCuSO4（aq）石墨等等,5、简单电池的优化：,负极：Zn2e=Zn2正极：Cu22e=Cu总反应：ZnCu2=CuZn2,缺点：发热，电流不稳定，衰减快,能转：化学能转化为电能和热能,ZnSO4,e-,作用：导电形成闭合回路，平衡电荷,盐桥：装有含琼胶的KCl饱和溶液,CuSO4,K+,Cl,优点：电流持续稳定,能转：化学能转为电能,原电池的结构再理解：,锌半电池（锌锌盐）,铜半电池（铜铜盐）,导线和盐桥构成闭合回路,装置特点：,由两个半电池组成，锌和锌盐组成锌半电池，铜和铜盐组成铜半电池；每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应，中间通过盐桥连接形成闭合回路。,双液原电池,练习1：在如图所示的8个装置中，属于原电池的是(),A.B.C.D.,正极,负极,电子流入的一极,较不活泼金属（一般情况）,发生还原反应,电子流出的一极,较活泼金属(一般情况）,发生氧化反应,二、原电池正负极的判断,阴离子移向的一极,溶解的一极,阳离子移向的一极,质量增加或放出气体的一极,充入燃料的一极,充入O2或助燃剂的一极,练习2：分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg作负极，中Fe作负极B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2,原电池正、负极的判断,可逆反应与原电池的工作原理,试回答下列问题：(1)两次操作中指针为什么发生偏转？_。(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。_。(3)操作过程中C1棒上发生的反应为_。(4)操作过程中C2棒上发生的反应为_。(5)操作过程中，盐桥中的K移向_烧杯溶液(填“A”或“B”)。,1、加快氧化还原反应速率：例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。,三、原电池原理的应用,1把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)。(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_。(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_。(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是_。,试题调研,C,B,A,1、加快氧化还原反应速率：例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。2、判断金属活动性的强弱,三、原电池原理的应用,练习：(2012全国高考)四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()ABCD,B,1、加快氧化还原反应速率：例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。2、判断金属活动性的强弱3、揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀生铁比纯铁易腐蚀？,三、原电池原理的应用,生铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀。,钢铁船身或桥梁上镀锌块可以保护船身不被腐蚀。,（2）根据两极反应选择电极材料及电解质溶液,（3）按要求画出原电池装置图,4、设计化原电池,（1）分析电池总反应，写出两个半反应,练习：请根据以下氧化还原反应设计原电池:Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+2Fe3+2I2Fe2+I2,化学电池,氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池,又称充电电池或蓄电池。,考点二、化学电源,1、概念：能够实际应用的原电池,2、分类：,一、一次电池,【一次电池】如：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池（钮扣电池）等。,干电池（NH4Cl等糊状物为电解质）,普通锌锰干电池,普通锌锰电池,(-)ZnNH4Cl+MnO2C(+),负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+，正极（石墨）:2NH4+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,负极锌；电解质KOH正极MnO2;,碱性锌锰电池,碱性锌锰干电池,碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、时间比普通锌锰电池增大几倍，不会气涨或漏液。,碱性电池,(-)ZnKOHMnO2(+),负极(Zn)：,正极(Ag2O)：,总反应：,Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,Ag2O+Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag,(-)ZnKOHAg2O(+),银锌电池（纽扣电池）,二、二次电池（可充电电池）,【二次电池】既可充电又可放电。如：铅蓄电池、碱性镍镉电池、手机锂离子电池等。,充电电池能量转换关系：化学能电能,放电,充电,(-)PbH2SO4PbO2(+),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-=PbSO4+2H2O放电过程总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充电过程（放电过程的逆过程）阴极：还原反应PbSO4+2e-=Pb+SO42-阳极：氧化反应PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42-充电过程总反应：2PbS