高中化学 第1章 化学反应与能量转化 1.3 原电池的工作原理课件 鲁科版选修4

1、第第3 3节节 化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池第第1 1课时课时 原电池的工作原理原电池的工作原理试剂和仪器：试剂和仪器： CuSOCuSO4 4溶液溶液, ,锌粉锌粉, ,锌片锌片, ,铜片铜片, ,检流计检流计(G)(G), ,导线导线, ,大烧杯大烧杯将锌粉加入将锌粉加入CuSOCuSO4 4溶液中溶液中, ,会发生反应会发生反应:Zn+Cu:Zn+Cu2+2+=Zn=Zn2+2+Cu+Cu。该反应是放热反应该反应是放热反应, ,请设计实验将该反应所释放的能量转请设计实验将该反应所释放的能量转化为电能并实施你设计的实验。画出装置图并标出名称。化为电能并实施你设计的实验。画出装置

2、图并标出名称。G GZnZnCuCu CuSO CuSO4 4溶液溶液正极正极(Cu ): Cu(Cu ): Cu2+2+2e+2e- - = Cu Cu ( (还原反应）还原反应）负极负极( (Zn)Zn): :Zn-2eZn-2e- - =Zn=Zn2+2+ ( (氧化反应）氧化反应） 一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理1.1.负极失电子负极失电子, ,电子经导线流电子经导线流向正极向正极, ,溶液中的阳离子在溶液中的阳离子在正极表面得电子。正极表面得电子。CuCuZnZn- - -ZnZn2+2+CuCu2+2+阳离子阳离子阴离子阴离子SOSO4 42-2-2.2.电极反应电极反应

3、电子沿导线传递电子沿导线传递, , 产生电流产生电流这是改进后的这是改进后的Cu-ZnCu-Zn原电池原电池, ,仍能形成电流。仍能形成电流。如图所示如图所示, ,还能形成电流吗？还能形成电流吗？观察观察.思考思考常用琼脂和常用琼脂和KClKCl。ClCl- -向锌盐方向移向锌盐方向移动动, ,K K+ +向铜盐方向移动向铜盐方向移动, ,使硫酸锌和硫酸铜溶液一直保持使硫酸锌和硫酸铜溶液一直保持电中性电中性, ,从而保证电子从而保证电子( (带负电荷带负电荷) )不断从不断从ZnZn极流向极流向CuCu极。极。了解盐桥的成分和作用：了解盐桥的成分和作用：G GZnZnCuCu CuSO CuS

4、O4 4溶液溶液导线的作用是传递电子导线的作用是传递电子, ,联通外电路。而盐桥的作用则是联通内电路。联通外电路。而盐桥的作用则是联通内电路。同时盐桥还减小副反应的发生。同时盐桥还减小副反应的发生。氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液H2SO4失失e,沿导线传递沿导线传递,有电流产生有电流产生还原反应还原反应2H+2e- =H2阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 2H+2e- =H2Zn-2e- =Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电极反应电极

5、反应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子外电路外电路内电路内电路原电池的组成条件：原电池的组成条件：有两个活动性不同的电极有两个活动性不同的电极电极材料均插入电解质溶液中电极材料均插入电解质溶液中两极相连形成闭合电路两极相连形成闭合电路一个自发进行的氧化还原反应一个自发进行的氧化还原反应 例例2 2 关于如图所示装置的叙述关于如图所示装置的叙述, ,下列叙述正确的是下列叙述正确的是( )( )A A铜是阳极铜是阳极, ,铜片上有气泡产生铜片上有气泡产生B B铜片质量逐渐减少铜片质量逐渐减少C C电流从锌片经导线流向铜片电流从锌片经导线流向铜片D

6、D铜离子在铜片表面被还原铜离子在铜片表面被还原D D不一定。例如：不一定。例如：负极：负极：2Al+8OH2Al+8OH6e6e- - =2Al(OH)=2Al(OH)4 4 正极：正极：6H6H2 2O+6eO+6e- - =3H=3H2 2+6OH+6OH 根据金属活动性顺序表可知根据金属活动性顺序表可知,镁比铝活泼。镁比铝活泼。用镁和铝作原电池的两电极用镁和铝作原电池的两电极,镁一定作负极吗？镁一定作负极吗？总反应：总反应：2Al+2OH2Al+2OH+6H+6H2 2O=2Al(OH)O=2Al(OH)4 4 +3H+3H2 2二、原电池原理的应用二、原电池原理的应用1.1.加快氧化还

7、原反应的速率加快氧化还原反应的速率原因：锌置换出铜原因：锌置换出铜, , 形成铜形成铜- -锌原电池锌原电池, , 加快了反应速率。加快了反应速率。例如：用锌和稀硫酸反应制氢气例如：用锌和稀硫酸反应制氢气, ,常加入少量常加入少量CuSOCuSO4 4溶液。溶液。CuCuZnZnCuSOCuSO4 4溶液溶液2.2.比较金属的活动性比较金属的活动性一般负极是活泼金属一般负极是活泼金属, ,正极金属的活泼性较弱。正极金属的活泼性较弱。例：把例：把a a、b b、c c、d d 四块金属浸泡在稀硫酸中四块金属浸泡在稀硫酸中, ,用导线两用导线两两相连可以组成各种原电池若两相连可以组成各种原电池若a

8、 a、b b相连时相连时, ,a a为负极；为负极；c c、d d相连时相连时, ,c c为负极；为负极；a a、c c相连时相连时, ,c c为正极；为正极；b b、d d相相连时连时, ,b b为正极则这四种金属的活动性顺序由大到小为为正极则这四种金属的活动性顺序由大到小为 。a ab bc cd da ac cd db ba ac cd db b 1.1.如图所示如图所示, ,在铁圈和银圈的焊接处在铁圈和银圈的焊接处, ,用一根棉线将其用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中悬在盛水的烧杯中, ,使之平衡；小心地向烧杯中央滴入使之平衡；小心地向烧杯中央滴入CuSOCuSO4 4溶液溶液, ,片刻后

9、可观察到的现象是片刻后可观察到的现象是( )( )A.A.铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B.B.保持平衡状态保持平衡状态C.C.铁圈向下倾斜铁圈向下倾斜D.D.银圈向下倾斜银圈向下倾斜 D D2.2.对于原电池的电极名称对于原电池的电极名称, ,下列叙述正确的是下列叙述正确的是( )( )A.A.电子流入的为负极电子流入的为负极B.B.比较活泼的为正极比较活泼的为正极C.C.电子流入的为正极电子流入的为正极 D.D.发生氧化反应的为正极发生氧化反应的为正极C C3.3.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源, ,其充电和放电其充电和放电过程可以表示为

10、过程可以表示为: :2Ag+ Zn(OH)2Ag+ Zn(OH)2 2 Ag Ag2 2O + Zn+HO + Zn+H2 2O O, ,则电池放电时则电池放电时, ,负极上发生反应的物质是（负极上发生反应的物质是（ ）A.AgA.Ag B.Zn(OH) B.Zn(OH)2 2 C.Ag C.Ag2 2O D. ZnO D. ZnD D0 0+2+2充电充电放电放电不要妄自菲薄,你要始终认为自己是很有价值的。第第2 2课时课时 化学电源化学电源1.1.了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解常见化学电源的种类及其工作原理；2.2.通过学习几种重要的化学电源通过学习几种重要的化学电源, ,了解原

11、电池在实际生活中了解原电池在实际生活中的应用。的应用。锂锂电电池池干干电电池池叠叠层层电电池池钮钮扣扣电电池池化学电源：能够实际应用的原电池化学电源：能够实际应用的原电池化学化学电源电源一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池锌银钮扣电池锌银钮扣电池( (干电池干电池) )( (蓄电池或蓄电池或可充电电池可充电电池) )了解化学电源的分类了解化学电源的分类1.1.普通锌锰电池普通锌锰电池一、干电池一、干电池用锌制桶形外壳作负极用锌制桶形外壳作负极, ,位于

12、中央的顶盖有铜帽的石墨作正极位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极, ,在石墨周围填充在石墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电和淀粉作电解质溶液解质溶液, ,还填充还填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正的黑色粉末吸收正极放出的极放出的H H2 2, ,防止产生极化现象。防止产生极化现象。负极：负极：正极：正极：Zn -2eZn -2e- - = Zn= Zn2+2+2NH2NH4 4+ +2e+2e- - = 2NH = 2NH3 3+H+H2 2（1 1）酸性锌锰电池）酸性锌锰电池请写出各电极的电极反应：请写出各电极的电极反应：（2 2）碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替

13、氯化铵作电解质）碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵作电解质, ,其电极反应为：其电极反应为：负极：负极：Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=ZnO+H=ZnO+H2 2O O正极：正极：MnOMnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=Mn(OH)=Mn(OH)2 2+2OH+2OH- -电池反应为：电池反应为：Zn+MnOZn+MnO2 2+H+H2 2O=ZnO+Mn(OH)O=ZnO+Mn(OH)2 20 0+4+4+2+2+2+2铅蓄电池铅蓄电池（1 1）正负极材料）正负极材料正极：正极：PbOPbO2 2负极：负极：PbPb电解质：电解质：H H2 2SOSO4

14、 4溶液溶液2.2.二次电池二次电池既能放电又能充电既能放电又能充电正极：正极：阴极：阴极：阳极：阳极：Pb + PbOPb + PbO2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4 + 2H + 2H2 2O O充电充电放电放电负极：负极：放电：原电池放电：原电池充电：电解池充电：电解池Pb - 2ePb - 2e- - + SO + SO4 42- 2- =PbSO=PbSO4 4PbOPbO2 2 +2e +2e- - +SO +SO4 42- 2- + 4H+ 4H+ + =PbSO=PbSO4 4 +2H +2H2 2O OPbSOPbSO4 4 + 2

15、e+ 2e- - = Pb + SO = Pb + SO4 42-2-PbSOPbSO4 4 -2e -2e- - +2H +2H2 2O = PbOO = PbO2 2 +SO +SO4 42- 2- + 4H+ 4H+ + 0 +4 +20 +4 +2（2 2）工作机制）工作机制（1 1）铅蓄电池的负极材料是）铅蓄电池的负极材料是 。 （2 2）放电时）放电时PbOPbO2 2电极上发生电极上发生 反应反应, Pb, Pb电极上发生电极上发生 反应（填反应（填“氧化氧化”或或“还原还原”）。）。（3 3）充电时）充电时, ,电池反应为电池反应为: : _。 PbPb还原还原氧化氧化2PbS

16、O2PbSO4 4+2H+2H2 2O=PbOO=PbO2 2+Pb+2H+Pb+2H2 2SOSO4 43.3.新型燃料电池新型燃料电池利用氢气、天然气等燃料与氧气利用氢气、天然气等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一来的化学能直接转化成电能的一类原电池。类原电池。用途：宇宙飞船用途：宇宙飞船, ,应用前景广阔。应用前景广阔。燃料电池燃料电池不是不是把还原剂、把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在氧化剂物质全部贮藏在电池内电池内, ,而是在工作时而是在工作时, ,不断从外界输入不断从外界输入, ,同时同时将电极反应产物不断排将电极反应产物不断

17、排出电池。出电池。优点：能量转化率高优点：能量转化率高, ,可持续使用可持续使用, ,对环境友好。对环境友好。负极负极:2H:2H2 24e4e- -=4H=4H+ +正极正极:O:O2 2+4e+4e- -4H4H+ +=2H=2H2 2O O 总反应方程式：总反应方程式： 2H2H2 2O O2 2=2H=2H2 2O O（1 1）酸性氢氧燃料电池）酸性氢氧燃料电池（2 2）碱性氢氧燃料电池）碱性氢氧燃料电池电池总反应：电池总反应：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O负极负极: : 2H 2H2 2+4OH+4OH- -4e4e- -=4H=4H2 2O O正极正极: :

18、O O2 2+ 2H+ 2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -酸性和碱性氢氧燃料电池中酸性和碱性氢氧燃料电池中, ,反应进行一段时间后电解质反应进行一段时间后电解质溶液的溶液的pHpH分别如何变化？分别如何变化？碱性氢氧燃料电池中碱性氢氧燃料电池中pHpH变小变小, ,酸性氢氧燃料电池中酸性氢氧燃料电池中pHpH变大。变大。固体燃料电池固体燃料电池介质介质电池反应：电池反应：2H2H2 2 +O+O2 2 = 2H= 2H2 2O O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2H2 2-4e-4e- -+2O+2O2 2=2H=2H2 2O O O O2 2+4e+4e- -=2

19、O=2O2 2 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ + O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O 将铂丝插入将铂丝插入KOHKOH溶液作电极溶液作电极, ,然后向两个电极上分别通入甲然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气烷和氧气, ,可以形成原电池可以形成原电池, ,由于发生的反应类似于甲烷的由于发生的反应类似于甲烷的燃烧燃烧, ,所以称作甲烷燃料电池。根据对两极上反应的实质判所以称作甲烷燃料电池。根据对两极上反应的实质判断断, ,通入甲烷的一极为通入甲烷的一极为 , ,这一极的电极反应为这一极的电极反应为 ；通入氧气的一极为；通入氧气的一极为_, ,电极

20、反应为电极反应为 , ,总反应为总反应为 。负极负极CHCH4 4-8e-8e- -+10OH+10OH- - =CO=CO3 32-2-+7H+7H2 2O O正极正极O O2 2+4e+4e- -+2H+2H2 2O=4OHO=4OH- -CHCH4 4+2O+2O2 2+2KOH=K+2KOH=K2 2COCO3 3+3H+3H2 2O O1.1.碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池 电池反应：电池反应：Zn+MnOZn+MnO2 2+H+H2 2O=ZnO+Mn(OH)O=ZnO+Mn(OH)2 2正极：正极：MnOMnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=Mn(OH)=Mn(OH

21、)2 2+2OH+2OH- -负极：负极：Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=ZnO+H=ZnO+H2 2O O0 0+4+4+2+2+2+21.1.某种锂电池的总反应为某种锂电池的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2 =LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说下列说法正确的是（法正确的是（ ）A. LiA. Li是正极是正极, ,电极反应为电极反应为 Li -eLi -e- - =Li=Li+ +B. LiB. Li是负极是负极, ,电极反应为电极反应为 Li - eLi - e- - = Li= Li+ + C. LiC. Li是负极是负极, ,电极反应为电极反应为

22、MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2D. LiD. Li是负极是负极, ,电极反应为电极反应为 Li -2eLi -2e- -= Li= Li2+2+B B+3+32.2.锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为：锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4+ +=Zn=Zn2+2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O 在此电池放电时在此电池放电时, ,正极（碳棒）上发生反应的物质是正极（碳棒）上发生反应的物质是 （ ） A AMnOMnO2 2和和NHNH4 4+ + B BZnZn2+2+和和NHNH4 4+ + C CZn DZn D碳棒碳棒 A A3.3.如图为一种钮扣微型电池如图为一种钮扣微型电池, ,其电极分别为其电极分别为AgAg2 2O O和和ZnZn, ,电解电解质溶液是质溶液是KOHKOH溶液溶液, ,俗称银锌电池俗称银锌电池, ,该电池的总反应式为：该电池的总反应式为：Zn +AgZn +Ag2 2O=ZnO+2AgO=ZnO+2