化学能转化为电能 电池

1、第三节 化学能转化为电能 -电池电化学电化学：指研究化学能与电能之间相互转指研究化学能与电能之间相互转 换的换的装置、过程装置、过程和和效率效率的科学。的科学。过程及装置分过程及装置分按电化学反应按电化学反应2. 将电能转变成化学能的装置称将电能转变成化学能的装置称电解池电解池1. 将化学能转变成电能的装置称将化学能转变成电能的装置称原电池原电池锌粉溶解锌粉溶解,有红色物质析出有红色物质析出,温度计显示温度迅速上升温度计显示温度迅速上升.Zn+ Cu2+Zn2+ Cu锌片变细锌片变细,铜上有红色物质析出铜上有红色物质析出,电流计指针发生偏转电流计指针发生偏转.Zn+ Cu2+Zn2+ + Cu

2、原电池原电池负极负极必发生必发生失电子失电子的的氧化反应氧化反应正极正极必发生必发生得电子得电子的的还原反应还原反应ZnCuCuZn- - -Zn2+H+H+阳离子阳离子阴离子阴离子正极正极负极负极SO42-原原 电电 池的工作原理池的工作原理一、原电池一、原电池1.概念：概念：把把化学能化学能转变为转变为电能电能的装置叫的装置叫 原电池原电池2.构成原电池的条件构成原电池的条件电极电极:活泼性不同的两种金属活泼性不同的两种金属(或金属与非金属或金属与非金属)作电极作电极,较活泼的金属作负极较活泼的金属作负极.电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路.(4)(4)自发进行的氧化还原反应发生

3、自发进行的氧化还原反应发生( (H0H0) )3.原电池的工作原理原电池的工作原理(以以Zn|H2SO4 |Cu原理池为例原理池为例) ：原电池反应原电池反应: 2H+ + Zn = H2 + Zn2+2e-负极负极正极正极e-e-e-现象现象:锌片逐渐锌片逐渐溶解溶解;铜片上有铜片上有大量气泡产物大量气泡产物生生2H+2e- =H2Zn-2e=Zn2+氧化反应氧化反应还原反应还原反应Zn(负负)Cu(正正)外电路外电路稀稀硫酸硫酸SO42-H+内电路内电路结论结论工作原理工作原理:将化学能转变为电能将化学能转变为电能. 在负极发生在负极发生氧化反应氧化反应,正极发生正极发生还原反应还原反应;

4、在外电路在外电路,电子由负电子由负极流向正极极流向正极;在内电路在内电路,阴离子向负极移动阴离子向负极移动,阳离子向正极移动阳离子向正极移动. 1.原电池的正负极判断方法原电池的正负极判断方法. 利用原电池总反应判断利用原电池总反应判断: 负极负极:还原剂作负极或在负极反应还原剂作负极或在负极反应,失电子失电子,发生氧化反应的发生氧化反应的一极一极,电子流出的一极电子流出的一极. 正极正极:氧化剂作正极或在正极反应氧化剂作正极或在正极反应.得电子得电子,发生还原反应的发生还原反应的一极一极,电子流入的一极电子流入的一极. 利用电流方向判断利用电流方向判断:电流由正极流向负极电流由正极流向负极

5、根据离子定向移动判断根据离子定向移动判断:阳离子移向正极阳离子移向正极,阴离子移向负极阴离子移向负极. 根据电极材料判断根据电极材料判断:一般是活泼的金属作负极一般是活泼的金属作负极,不活泼的金不活泼的金属或能导电非金属作正极属或能导电非金属作正极. 根据实验现象判断根据实验现象判断:能溶解的一极为负极能溶解的一极为负极,有气体析出或金有气体析出或金属单质析出的一极为正极属单质析出的一极为正极(活泼金属作负极活泼金属作负极,酸或不活泼的金属酸或不活泼的金属盐溶液作电解质溶液盐溶液作电解质溶液)二、常见问题二、常见问题2.电极反应式的书写电极反应式的书写原电池反应原电池反应电极反应式：电极反应式

6、：负极：还原剂负极：还原剂-ne-=氧化产物氧化产物正极：氧化剂正极：氧化剂+ne-=还原产物还原产物原电池反应式原电池反应式=正极反应式正极反应式+负极反应式负极反应式Mg AlAX X溶液溶液 例例2. 右图为右图为Mg与与Al与与X溶液组成的一原电池。溶液组成的一原电池。试按要求回答问题。试按要求回答问题。X为硫酸时，原电池总反应式为硫酸时，原电池总反应式(离子方程式离子方程式)_负极为负极为_,电极反应式为电极反应式为:_,正极为正极为_,电极反应式为电极反应式为_Mg+2H+=H2+Mg2+MgMg-2e-=Mg2+2H+2e-=H2Al氧化剂 + 还原剂=还原产物 +氧化产物+-n

7、e- 2Al+8OH- -6e- =2Al(OH) 4_ 2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH) 4_ +3H26H2O+6e- =3H2+6OH-当当X为为NaOH时，原电池反应的离子方程式：时，原电池反应的离子方程式：_为负极为负极,电极反应式电极反应式:_为正极为正极,电极反应式电极反应式:_MgAl当当X溶液改为浓硝酸溶液改为浓硝酸,Mg改为改为Cu，原电池反应的离子方程式：，原电池反应的离子方程式：_为负极为负极,电极反应式电极反应式:_为正极为正极,电极反应式电极反应式:_Cu+4H+2NO3-=Cu2+2NO2+2H2OCuCu-2e-=Cu2+Al4H+2NO3-+2e-

8、=2NO2+2H2O3.原电池的设计原电池的设计 例例1. 利用反应利用反应Zn+CuCl2 =ZnCl2+Cu ，设计一个单液，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。并写出电极反应。 (+)(-) G Zn Pt CuCl2溶液溶液负极（负极（Zn）：）： Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应）正极（正极（Pt或或C）：）：Cu2+2e-=Cu（还原反应）（还原反应）盐桥盐桥Zn C ZnCl2溶液溶液CuCl2溶液溶液 G 能产生能产生持续、稳定电流的原电池装置持续、稳定电流的原电

9、池装置 盐桥：在盐桥：在U U型管中装型管中装满用饱和满用饱和KClKCl溶液和溶液和琼胶作成的冻胶。琼胶作成的冻胶。盐桥的作用：盐桥的作用： 使使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，使使ZnZn盐和盐和CuCu盐溶液一直盐溶液一直保持电中性，从而使电保持电中性，从而使电子不断从子不断从ZnZn极流向极流向CuCu极。增加电流效率。极。增加电流效率。提示：提示：盐桥的作用为避免负极失去的电子不经外电路直盐桥的作用为避免负极失去的电子不经外电路直接转移给溶液中得电子的微粒，降低发电效率；维持电接转移给溶液中得电子的微粒，降低发电效率；维持电解

10、质溶液中的电荷平衡；构成闭合回路解质溶液中的电荷平衡；构成闭合回路（不可以）（不可以）（不可以）（不可以）CuAg（不可以）（不可以）铁铁碳碳食盐水食盐水电流微弱电流微弱4、原电池的主要应用：、原电池的主要应用：(1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。例例1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2气放出气放出；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；同价态的阳离子，甲比

11、乙的氧化性强；（C）原电池原理应用：原电池原理应用：(2)比较反应速率比较反应速率例例2 ：粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸；B.A. 纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原电池原理应用：原电池原理应用：(3)比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢例例3： 下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)原电池原理应用：原电池原理应用：例例4：下列装置中四块相同的下列装置中四块

12、相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速片，放置一段时间后腐蚀速率由率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是(4)(2)(1)(3)(4)判断溶液判断溶液pH值变化值变化例例5：在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收若工作一段时间后，从装置中共收集到集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为升气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的溶液的pH值变值变_(填填“变大变大”、“变变小小”、“不变不变”)？（溶液体积变化忽略不计）？（溶液体积变化忽略不计）0.015原电池原理应用：原电池原理应用：(5)原电池原理的

13、综合应用原电池原理的综合应用 铁被氧化铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑氧化 氯化钠溶于水、形成电解质溶液氯化钠溶于水、形成电解质溶液使用使用“热敷袋热敷袋”时受热均匀时受热均匀原电池原理应用：原电池原理应用：二、化学电源二、化学电源锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池（各类电池）（各类电池）碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵做电解质，结构如图做电解质，结构如图138所示，所示， 其电极反应为：其电极反应为：锌锰碱性电池：锌锰碱性电池：锌锰碱性电池是一种新型的锌锰碱性电池是一种新型的干电

14、池。负极材料由锌片改干电池。负极材料由锌片改为锌粉，正极材料为为锌粉，正极材料为MnO2 ,还原产物为还原产物为Mn2O3 ,电解质是电解质是KOH溶液，其放电曲线如图溶液，其放电曲线如图所示：所示：该电池有何优点？该电池有何优点？优点优点: 工作电动势稳定工作电动势稳定,电池的容量和放电时间增加了几电池的容量和放电时间增加了几倍倍锂电池锂电池2、铅蓄电池、铅蓄电池Pb + PbO2 + 2H2SO4 = PbSO4 + 2H2O负极材料：负极材料：正极材料：正极材料：电解质：电解质：PbPbO2H2SO4不溶于水的不溶于水的白色沉淀白色沉淀电池反应方程式：电池反应方程式： 放电是放电是原电池

15、原电池原理；原理； 充电是充电是电解电解原理原理 铅蓄电池：放电是铅蓄电池：放电是原电池原电池原理；原理； 充电是充电是电解电解原理原理 放电时，为原电池放电时，为原电池 负极负极：Pb 2e - SO42- PbSO4正极：正极：PbO2 SO42- 4 H+ 2e- PbSO4 2 H2O 电池反应电池反应： Pb PbO2 2H2SO4 = 2PbSO4 2 H2O 充电时，为电解池充电时，为电解池阳极阳极：PbSO4 2e - 2 H2O PbO2 SO42- 4 H+ 阴极阴极：PbSO4 + 2e - Pb SO42-总式总式： PbSO4 2 H2O = Pb PbO2 H2SO

16、4 同时将电极产物不断排出电池。同时将电极产物不断排出电池。氢氧燃料电池氢氧燃料电池电池反应为：电池反应为： 燃料电池优点燃料电池优点:能量利用效率高、可连续能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点使用和污染轻等优点氢氧燃料电池电极反应氢氧燃料电池电极反应总反应：总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-甲烷燃料电池甲烷燃料电池思：试写甲醇燃料电池正负极反应式？思：试写甲醇燃料电池正负极反应式？+2CO32-练练习习判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式