原电池的工作原理化学电源图文

1、第二单元第二单元 化学能与电能的转化化学能与电能的转化第第1 1课时课时 原电池的工作原理原电池的工作原理实验引入：将铜片、锌片插入番茄、苹果、梨等水实验引入：将铜片、锌片插入番茄、苹果、梨等水果中，用导线连接，并接入检流计，观察指针的偏果中，用导线连接，并接入检流计，观察指针的偏转情况。可以发现产生了电流，这种装置可称为水转情况。可以发现产生了电流，这种装置可称为水果电池。果电池。【思考思考】（1 1）为什么这种装置可产生电流？）为什么这种装置可产生电流？（2 2）产生电流的条件有哪些？）产生电流的条件有哪些？【设疑】【设疑】请根据你的经验猜想请根据你的经验猜想: :ZnZn与与H H2 2

2、SOSO4 4溶液的反应是溶液的反应是吸热反应还是放热反应？并设计实验方案加以证明。吸热反应还是放热反应？并设计实验方案加以证明。活动与探究一活动与探究一现象现象: :温度迅速上升，有气体生成温度迅速上升，有气体生成结论结论: :Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+H+H2 2化学能化学能 热能热能向盛有向盛有30 mL 1.0 mol/L H30 mL 1.0 mol/L H2 2SOSO4 4溶液的小烧杯中溶液的小烧杯中, ,加入适加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度计的变化。量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度计的变化。【创设情景创设情景】除了可以将该反应放出的能

3、量转化为热能之外，还能通除了可以将该反应放出的能量转化为热能之外，还能通过该反应将化学能转化为什么能量？过该反应将化学能转化为什么能量？负极正极Zn-2e- =Zn2+2H+ +2e- =H2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，发生还原反应还原剂失去的电子从锌极流出流入铜极经外电路Zn2+H+SO42-电流方向一、原电池一、原电池1.1.定义：定义：2.2.原电池工作原理原电池工作原理氧化氧化还原反应还原反应把化学能转化为电能的装置。把化学能转化为电能的装置。（1 1）电路：）电路：外电路外电路内电路内电路电子流向：由失电子的一极流向得电子的一极电子流向：由失电

4、子的一极流向得电子的一极电流方向：与电子流向相反电流方向：与电子流向相反阴离子流向与电子流向一致阴离子流向与电子流向一致阳离子流向与电流方向一致阳离子流向与电流方向一致电子流入的电极，通常是不活泼金属或电子流入的电极，通常是不活泼金属或石墨石墨（2 2）电极）电极电子流出的电极，通常是活泼金属电子流出的电极，通常是活泼金属正极：正极：负极：负极：（3 3）电极反应）电极反应正极：正极：负极：负极：（4 4）电池反应）电池反应 2H2H+ +2e+2e- -= =H=H2 2 Zn-2e Zn-2e- -= =ZnZn2+2+Zn+2HZn+2H+ +=H=H2 2 +Zn+Zn2+2+氧化反应

5、氧化反应还原反应还原反应思考思考: :下列装置能否构成原电池？得出原电池的构成条下列装置能否构成原电池？得出原电池的构成条件。件。（5 5）形成原电池的一般条件）形成原电池的一般条件前提条件：有自发的氧化还原反应前提条件：有自发的氧化还原反应 有两种活泼性不同的导电材料有两种活泼性不同的导电材料( (不同的金属或金属不同的金属或金属与非金属导体）作电极。与非金属导体）作电极。两个电极必须插入电解质溶液中。两个电极必须插入电解质溶液中。两极相连形成闭合回路（用导线连接或电极直接接两极相连形成闭合回路（用导线连接或电极直接接触）。触）。根据原电池的形成条件根据原电池的形成条件,设计出一个可以提供持

6、续、设计出一个可以提供持续、稳定电流的装置。稳定电流的装置。向盛有向盛有30 mL 1.0 mol/L CuSO30 mL 1.0 mol/L CuSO4 4溶液和溶液和 30 mL 1.0 mol/L30 mL 1.0 mol/L的的ZnSOZnSO4 4溶液中分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，溶液中分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液中，观观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液中，观察现象。察现象。现象现象: : 电流计指针发生偏转电流计指针发生偏转锌片变薄锌片变薄 铜片变厚铜片变厚结论结论: :化学能化学能 电能电能Zn-2eZn-2e

7、- - = Zn= Zn2+2+Zn+CuZn+Cu2 2+ + =Zn =Zn2+2+Cu+Cu2e2e- -CuCu2+2+2e+2e- - =Cu=Cu【活动与探究活动与探究】盐桥：在盐桥：在U U型管中装满含饱和型管中装满含饱和KClKCl溶液的琼脂。溶液的琼脂。思考：思考：1.1.盐桥的作用是什么？盐桥的作用是什么？（1 1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 （2 2）平衡电荷（保证其连接的两个半电池中的电）平衡电荷（保证其连接的两个半电池中的电解质溶液呈电中性）。解质溶液呈电中性）。2.2.此电池的优点有哪些？此电池的优点有哪些？能

8、产生持续、稳定的电流，提高原电池电流效率。能产生持续、稳定的电流，提高原电池电流效率。3.3.原电池的设计原电池的设计例：利用例：利用Fe+CuFe+Cu2+2+=FeFe2+2+Cu+Cu设计一个原电池，画出设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。示意图，写出电极反应。负极：负极：Fe2eFe2e- -=Fe=Fe2+2+ 正极：正极：CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=Cu CuCuFeFeCuSOCuSO4 4FeSOFeSO4 4FeFeCuCuCuSOCuSO4 4设计原电池的思路：设计原电池的思路：半电池半电池画出装置示意图画出装置示意图电极材料电极材料电解质溶液电解质溶液根

9、据电极反应确定根据电极反应确定外电路外电路用导线连通，可以接用电器用导线连通，可以接用电器内电路内电路 是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路沟通内电路根据正得负失写出电极反应式根据正得负失写出电极反应式前提：是氧化还原反应前提：是氧化还原反应顶尖P11-7.84.4.原电池的正负极的判断方法原电池的正负极的判断方法微观判断：微观判断：得到电子的一极得到电子的一极失去电子的一极失去电子的一极负极负极正极正极较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料质量增加的电极质量增加的电极质量减少的电极质量减少的电极负极负极正极正极正极正

10、极负极负极工作后，有气泡冒出的电极为正极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的一极发生氧化反应的一极发生还原反应的一极发生还原反应的一极宏观判断：宏观判断：根据电极材料根据电极材料负极负极（氧负）（氧负）正极正极根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应根据电极质量变化根据电极质量变化根据电极是否有气泡（根据电极是否有气泡（H2）冒出：）冒出：（正得负失）（正得负失）5.5.原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写（1 1）确定原电池的正负极以及两极上发生反应的物）确定原电池的正负极以及两极上发生反应的物质，正得负失。质，正得负失。（2 2）重视介质是否参加反应，注意两极得失

11、电子总）重视介质是否参加反应，注意两极得失电子总数相等。数相等。（3 3）将两极电极反应式相加即得原电池的总反应式。）将两极电极反应式相加即得原电池的总反应式。顶尖P11-6负极：负极：FeFe-2e-2e- -=Fe=Fe2+2+正极：正极：2H2H+ +2+2e e- -=H=H2 2总反应：总反应：Fe+2HFe+2H+ +=Fe=Fe2+2+H+H2 2稀硫酸稀硫酸FeFeCuCuFeFeCuCuNaClNaCl溶液溶液负极：负极：2Fe2Fe- -4 4e e- -= =2 2FeFe2 2+ +正极：正极：2H2H2 2O+OO+O2 2+4+4e e- -= =4OH4OH- -

12、总反应：总反应：2Fe+2H2Fe+2H2 2O+OO+O2 2= =2Fe(OH)2Fe(OH)2 2不同的介质不同的介质 不同的电极反应不同的电极反应负极：负极：2Al2Al+ +8 8OHOH- -6 6e e- -= =2Al2AlO O2 2+ + 4 4H H2 2O O正极：正极：6H6H2 2O O+ +6 6e e- -= =3 3H H2 2+ 6OH+ 6OH- -总反应：总反应：2Al2Al+2OH+2OH+2H+2H2 2O=O=2 2AlAlO O2 2+3H+3H2 2稀硫酸稀硫酸负极：负极： MgMg-2e-2e- -=Mg=Mg2 2+ + 正极：正极： 2H

13、2H+ +2+2e e- -=H=H2 2总反应：总反应：Mg+2HMg+2H+ +=Mg=Mg2+2+H+H2 2负极：负极： CuCu- -2e2e- -= =CuCu2+2+ 正极：正极： 4 4H H+ + +2 2NONO3 3+ +2 2e e- - = =2 2NONO2 2+ +2 2H H2 2O O总反应：总反应：CuCu+4H+4H+ +2NO+2NO3 3= =2NO2NO2 2+ +CuCu2+2+2+2H H2 2O O稀硫酸稀硫酸负极：负极：2Al2Al- -6 6e e- -= =2Al2Al3+3+ 正极：正极： 6 6H H+ + +6 6e e- -= =

14、3 3H H2 2总反应：总反应：2 2Al+6HAl+6H+ += =2Al2Al3+3+3H+3H2 2顶尖P11-8.9（5 5）利用原电池原理设计新型化学电池）利用原电池原理设计新型化学电池（2 2）改变化学反应速率，如实验室用粗锌与稀硫）改变化学反应速率，如实验室用粗锌与稀硫酸反应制取氢气酸反应制取氢气（1 1）比较金属活动性的强弱）比较金属活动性的强弱（3 3）电化学保护法，即将金属作为原电池的正极）电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护，如在铁器表面镀锌而受到保护，如在铁器表面镀锌6.6.原电池的主要应用原电池的主要应用（4 4）解释某些化学现象）解释某些化学现象顶尖P

15、11-5P12-31.1.原电池原电池 2.2.原电池工作原理原电池工作原理4.4.原电池正负极的判断方法原电池正负极的判断方法6.6.原电池的主要应用原电池的主要应用(4)(4)电池反应电池反应 (5)(5)原电池的主要应用原电池的主要应用(1)(1)电路电路 (2)(2)电极电极 (3)(3)电极反应电极反应 3.3.原电池的设计原电池的设计5.5.原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写一、原电池一、原电池化学电源化学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等氢氧燃料电池等锂离子电池锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通

16、锌锰干电池普通锌锰干电池银锌钮扣电池银锌钮扣电池二、化学电源二、化学电源1.1.一次电池一次电池（1 1）银锌钮扣电池）银锌钮扣电池正极：正极：AgAg2 2O+HO+H2 2O+2eO+2e- - =2Ag+2OH=2Ag+2OH负极：负极：Zn +2OHZn +2OH-2e-2e- - =Zn=Zn（OHOH）2 2总反应：总反应：Zn+AgZn+Ag2 2O+HO+H2 2O= ZnO= Zn（OHOH）2 2 +2Ag +2Ag 电极分别为电极分别为AgAg2 2O O和和ZnZn，电解质溶液为，电解质溶液为KOHKOH溶液溶液(2)(2)碱性锌碱性锌- -锰干电池锰干电池电解质：电解

17、质：KOHKOH负极：负极：Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=Zn(OH)=Zn(OH)2 2正极：正极：2MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=2MnOOH+2OH=2MnOOH+2OH- -缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电连续放电电池反应：电池反应：Zn + 2MnOZn + 2MnO2 2 + 2H+ 2H2 2O = 2MnOOH + Zn(OH)O = 2MnOOH + Zn(OH)2 22.2.

18、二次电池二次电池可充电电池也称为可充电电池也称为_电池，可以反复电池，可以反复_电和电和_电，是电池发展的一个重要方向。电，是电池发展的一个重要方向。二次二次放放充充锂电池锂电池放电过程总反应：放电过程总反应：Pb+PbOPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4=2PbSO=2PbSO4 4+2H+2H2 2O O Pb + SOPb + SO4 42-2-2e-2e- -=PbSO=PbSO4 4 正极：正极：PbOPbO2 2+4H+4H+ +SO+SO4 42-2-+2e+2e- -=PbSO=PbSO4 4+2H+2H2 2O O负极：负极：（1 1）放电过程）放电过程铅蓄电

19、池充电的反应则是上述反应的逆过程。铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。负负极极正正极极铅蓄电池铅蓄电池（2）充电过程）充电过程PbSOPbSO4 4+2e+2e- -=Pb+SO=Pb+SO4 42-2- 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O-2eO-2e- -=PbO=PbO2 2+4H+4H+ +SO+SO4 42-2- 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：充电过程总反应：2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O=Pb+PbOO=Pb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4铅蓄电池的充放电过程

20、：铅蓄电池的充放电过程：Pb+PbOPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4+2H+2H2 2O O放电放电充电充电缺点：缺点：比能量低、废弃电池污染环境比能量低、废弃电池污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉可靠、价格低廉其他二次电池其他二次电池镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池、镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池、锂离子电池锂离子电池铅蓄电池铅蓄电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直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

21、醇、氨、接转换成电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池煤气燃料电池） 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 酸性电解质：酸性电解质：碱性电解质碱性电解质负极负极: 2H: 2H2 2-4e-4e- -+4OH+4OH- -=4H=4H2 2O O正极正极:O:O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -总反应总反应: 2H: 2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O负极：负极： 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ +正极：正极： O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O总反应：总反应：2H2H2 2+O+O2 2=

22、2H=2H2 2O O3.3.燃料电池燃料电池书写书写燃料电池燃料电池电极反应式应注意以下几点：电极反应式应注意以下几点：(2)(2)负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如产物，与溶液的酸碱性有关（如4 4价的价的C C在酸性溶液在酸性溶液中以中以COCO2 2形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以COCO3 32 2形式存在）；形式存在）；(1)(1)将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；应，总反应减去一极反应即得到另一极反

23、应；(3)(3)溶液中不存在溶液中不存在O O2 2, ,在酸性溶液中它与在酸性溶液中它与H H结合成结合成H H2 2O,O,在碱性或中性溶液中它与水结合成在碱性或中性溶液中它与水结合成OHOH。1.1.航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无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电时的总反应都可以表示为2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，酸式电池中，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为电解质是酸，其负极反应可表示为2H2H2 2-4e-

24、4e- -=4H=4H+ + ，则，则其正极反应式为其正极反应式为 。碱式电池的电。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为解质是碱，其正极反应式为O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -，则其负，则其负极反应可表示为极反应可表示为 。O O2 2 +4e+4e- -+4H+4H+ +=2H=2H2 2O O 2H2H2 2-4e-4e- -+4OH+4OH- - =4H=4H2 2O O 1.1.氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受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到价格和来源的限制。常用的燃

25、料往往是某些碳氢化合物，如甲烷、汽油等。请写出将氢气换成甲烷时所构成物，如甲烷、汽油等。请写出将氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池的甲烷燃料电池( (如图所示如图所示) )中中a a极的电极反应式：极的电极反应式： ，此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式: : 。 CHCH4 4 +10OH+10OH- -8e-8e- - =CO=CO3 32-2-+7H+7H2 2O OCHCH4 4+2O+2O2 2+2KOH=K+2KOH=K2 2COCO3 3+3H+3H2 2O OKOHKOH溶液溶液CHCH4 4O O2 2H H2 2O Oa ba b减减 少少 污污 染染节节 约约 资资

26、源源1.1.用途广泛的电池用途广泛的电池 2.2.化学电池的分类化学电池的分类4.4.减少废电池产生的污染减少废电池产生的污染, ,保护环境保护环境a.a.银锌钮扣电池银锌钮扣电池(2)(2)二次电池二次电池(1)(1)一次电池一次电池 3.3.书写电极反应式的注意事项书写电极反应式的注意事项(3)(3)燃料电池燃料电池b.b.普通干电池普通干电池c.c.碱性干电池碱性干电池二、化学电源二、化学电源1.1.如图装置，电流表如图装置，电流表G G发生偏转，同时发生偏转，同时A A极逐渐变粗，极逐渐变粗，B B极逐渐变细，极逐渐变细，C C为电解质溶液，则为电解质溶液，则A A、B B、C C应是下列应是下列各组中的哪一组（各组中的哪一组（ ） A.AA.A是锌，是锌，B B是铜，是铜