第1课时原电池的工作原理 化学电源

1、化学化学第第3 3节化学能转化为电能节化学能转化为电能电池电池第第1 1课时原电池的工作原理化学电源课时原电池的工作原理化学电源化学化学【新课导入新课导入】 ( (教师用书备用教师用书备用) )17861786年年, ,意大利生物学家伽伐尼在实验室解剖青蛙意大利生物学家伽伐尼在实验室解剖青蛙, ,当手术刀碰到蛙腿上当手术刀碰到蛙腿上的神经时的神经时, ,已死去的蛙腿剧烈痉挛已死去的蛙腿剧烈痉挛, ,并出现电火花并出现电火花, ,他并没有把铜质解剖盘、他并没有把铜质解剖盘、铁质手术刀、蛙腿三者联系起来铁质手术刀、蛙腿三者联系起来, ,而错误地认为是而错误地认为是“生物电生物电”。后来伏打。后来伏

2、打对这一现象进行了进一步研究对这一现象进行了进一步研究, ,并据此设计出了世界上第一个将化学能转并据此设计出了世界上第一个将化学能转化成电能的装置化成电能的装置伏打电池伏打电池( (伏打曾叫它伽伐尼电池伏打曾叫它伽伐尼电池) )。那在什么条件下。那在什么条件下才能形成电池呢才能形成电池呢? ?【学习目标学习目标】 1. 1.了解原电池的工作原理了解原电池的工作原理, ,能写出电极反应式和电池反应能写出电极反应式和电池反应方程式。方程式。2.2.掌握构成原电池的条件。掌握构成原电池的条件。3.3.了解常见化学电源的种类、工作原理和用途。了解常见化学电源的种类、工作原理和用途。4.4.能根据电池反

3、应能根据电池反应, ,电流方向等判断原电池的正极、负极。电流方向等判断原电池的正极、负极。化学化学 课前预习课前预习 课堂探究课堂探究化学化学 课前预习课前预习 读教材读教材 学基础学基础回顾知识衔接回顾知识衔接1.1.原电池是利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置。原电池是利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置。2.2.原电池原电池(Cu-Zn(Cu-Zn原电池原电池) )的工作原理。的工作原理。3.3.常见的电池常见的电池: :(1)(1)干电池干电池: :锌锰电池锌锰电池; ;(2)(2)蓄电池蓄电池: :铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池; ;(3)(

4、3)燃料电池。燃料电池。化学化学预习教材新知预习教材新知一、原电池一、原电池化学化学【思考【思考1 1】 如何确定原电池的正负极如何确定原电池的正负极? ?答案答案: :(1)(1)由组成原电池的两极材料判断由组成原电池的两极材料判断一般是活泼金属做负极一般是活泼金属做负极, ,不活泼金属或非金属做正极不活泼金属或非金属做正极。(2)(2)根据电子流向或电流方向判断根据电子流向或电流方向判断电子流出的一极是负极电子流出的一极是负极, ,电子流入的一极是正极电子流入的一极是正极, ,电流方向与电子流动方电流方向与电子流动方向相反向相反。(3)(3)根据两极反应类型判断根据两极反应类型判断发生氧化

5、反应的为负极发生氧化反应的为负极, ,发生还原反应的为正极发生还原反应的为正极。(4)(4)根据电解质溶液中离子的移动方向判断根据电解质溶液中离子的移动方向判断在原电池电解质溶液中在原电池电解质溶液中, ,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。化学化学二、化学电源二、化学电源化学化学【思考思考2 2】可充电电池的充电、放电过程原理分别是什么可充电电池的充电、放电过程原理分别是什么? ?答案答案: :可充电电池放电时是原电池可充电电池放电时是原电池, ,把化学能转变为电能把化学能转变为电能, ,充电时是电解充电时是电解池池, ,把电能转变为化学能。把电能转变为化学能。化

6、学化学自评预习效果自评预习效果1.1.下列装置中能构成原电池产生电流的是下列装置中能构成原电池产生电流的是( ( ) )B B2.2.有甲、乙两个装置有甲、乙两个装置, ,下列说法错误的是下列说法错误的是( ( ) )A.A.甲、乙装置中甲、乙装置中,Zn,Zn的质量均减小的质量均减小B.B.甲、乙装置中甲、乙装置中,Cu,Cu上均有气泡产生上均有气泡产生C.C.化学反应速率化学反应速率 乙乙 甲甲D.D.甲中甲中H+H+移向移向Zn,Zn,乙中乙中H+H+移向移向CuCuB B化学化学3.3.化学电池是将化学能转化成电能的装置化学电池是将化学能转化成电能的装置, ,它包括一次电池、二次电池和

7、它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。下列相关说法正确的是燃料电池等几大类。下列相关说法正确的是( ( ) )A.A.通过电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少可以判断该电池的优通过电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少可以判断该电池的优劣劣B.B.二次电池又称充电电池或蓄电池二次电池又称充电电池或蓄电池, ,这类电池可无限次重复使用这类电池可无限次重复使用C.C.除氢气外除氢气外, ,甲醇、汽油、氧气等都可用做燃料电池的燃料甲醇、汽油、氧气等都可用做燃料电池的燃料D.D.废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程, ,其首要原因是回收电其首

8、要原因是回收电池外壳的金属材料池外壳的金属材料A A化学化学 课堂探究课堂探究 解疑难解疑难 提能力提能力探究探究1 1问题导引问题导引1.1.原电池中相对活泼的金属一定做负极吗原电池中相对活泼的金属一定做负极吗? ?2.2.原电池中原电池中, ,负极材料一定参与电池反应吗负极材料一定参与电池反应吗? ?原电池的工作原理及应用原电池的工作原理及应用 化学化学化学化学2.2.原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较化学化学3.3.应用应用依据原电池的工作原理依据原电池的工作原理, ,可以将氧化还原反应设计成原电池。设计思路如下可以将氧化还原反应设计成原电池。设计思路如下: :化学化学【特别提示特

9、别提示】 (1) (1)原电池中相对活泼金属不一定做负极原电池中相对活泼金属不一定做负极, ,还要考虑电还要考虑电解质溶液等情况解质溶液等情况, ,如如MgAlNaOHMgAlNaOH溶液形成的原电池中溶液形成的原电池中,Mg,Mg做正极做正极,Al,Al做负做负极极; ;再如再如AlCuAlCu浓浓HNOHNO3 3形成的原电池中形成的原电池中,Al,Al做正极做正极,Cu,Cu做负极。做负极。(2)(2)原电池中原电池中, ,电极材料可能与电解质反应电极材料可能与电解质反应, ,也可能与电解质不反应。也可能与电解质不反应。如氢氧燃料电池、钢铁的吸氧腐蚀等。如氢氧燃料电池、钢铁的吸氧腐蚀等。

10、(3)(3)形成闭合回路的方式有多种形成闭合回路的方式有多种, ,可以是导线连接两个电极可以是导线连接两个电极, ,也可以是也可以是两电极直接接触。两电极直接接触。化学化学4.4.盐桥的作用盐桥的作用(1)(1)形成完整的闭合回路。形成完整的闭合回路。(2)(2)把氧化反应、还原反应分开来进行把氧化反应、还原反应分开来进行, ,如图中如图中,Cu,Cu2+2+只能在铜片获得电子只能在铜片获得电子, ,提高了电池的效率。提高了电池的效率。(3)(3)通过盐桥中离子的移动通过盐桥中离子的移动, ,维持两池中电荷的平衡维持两池中电荷的平衡, ,使电池反应持续进行。使电池反应持续进行。化学化学化学化学

11、答案答案: :C C【名师点睛名师点睛】 设计原电池时设计原电池时, ,要从原电池的基本原理要从原电池的基本原理氧化还原氧化还原反应入手反应入手, ,分析原电池的电极和电极反应。分析原电池的电极和电极反应。化学化学C C 化学化学探究探究2 2问题导引问题导引1.1.可充电电池的放电、充电过程的原理是什么可充电电池的放电、充电过程的原理是什么? ?2.2.在充电时在充电时, ,电池的电极与外接直流电源电极如何连接电池的电极与外接直流电源电极如何连接? ?可充电电池原理和特点可充电电池原理和特点 化学化学【疑难剖析疑难剖析】可充电电池属于二次电池可充电电池属于二次电池, ,是一种可反复使用的电池

12、。当电池放电时是一种可反复使用的电池。当电池放电时, ,是一种是一种原电池原电池, ,当电池充电时当电池充电时, ,又是一种电解池。又是一种电解池。化学化学2.2.离子移动的方向离子移动的方向原电池中阳离子移向正极原电池中阳离子移向正极, ,阴离子移向负极阴离子移向负极; ;电解池中阳离子移向阴极电解池中阳离子移向阴极, ,阴离阴离子移向阳极。对此可通过电子的流向加以判断子移向阳极。对此可通过电子的流向加以判断: :在原电池中在原电池中, ,电子由负极流向电子由负极流向正极正极, ,溶液中的阳离子应移向正极去获得电子溶液中的阳离子应移向正极去获得电子; ;电解池中电解池中, ,电子由电源负极流

13、电子由电源负极流入阴极入阴极, ,阳离子应移向阴极获得电子阳离子应移向阴极获得电子, ,阴离子移向阳极失去电子阴离子移向阳极失去电子, ,电子沿导线电子沿导线流回电源正极流回电源正极, ,构成一个闭合回路。构成一个闭合回路。【特别提示特别提示】 无论是原电池还是电解池无论是原电池还是电解池, ,阳离子一定移向发生还原反应的极阳离子一定移向发生还原反应的极, ,阴离子一定移向发生氧化反应的极阴离子一定移向发生氧化反应的极。化学化学3.3.电极反应式的书写电极反应式的书写(1)(1)放电时放电时( (原电池原电池) )负极负极还原剂发生氧化反应还原剂发生氧化反应, ,可据此写出负极反应式。可据此写

14、出负极反应式。正极正极氧化剂发生还原反应氧化剂发生还原反应, ,可据此写出正极反应式。可据此写出正极反应式。【特别提示特别提示】 (1)(1)注意电解质溶液是否参与电极反应。注意电解质溶液是否参与电极反应。(2)(2)充电时充电时( (电解池电解池) )阴极阴极电极反应式与放电时负极反应式书写方向相反。电极反应式与放电时负极反应式书写方向相反。阳极阳极电极反应式与放电时正极反应式书写方向相反。电极反应式与放电时正极反应式书写方向相反。(2)(2)对于复杂的电极反应式对于复杂的电极反应式, ,可先写出其中一个简单的电极反应式可先写出其中一个简单的电极反应式( (通常是通常是负极负极) )然后用总

15、反应方程式减去该电极反应式即可得到另一个电极反应式。然后用总反应方程式减去该电极反应式即可得到另一个电极反应式。化学化学4.4.充放电后溶液充放电后溶液pHpH的变化的变化充放电后溶液充放电后溶液pHpH的变化与两极反应有密切关系的变化与两极反应有密切关系, ,可通过电极反应式加以判断。可通过电极反应式加以判断。仍以高铁电池为例仍以高铁电池为例: :放电时负极消耗放电时负极消耗OHOH- -, ,负极附近溶液碱性减弱负极附近溶液碱性减弱, ,充电时阴极充电时阴极产生产生OHOH- -, ,阴极附近阴极附近OHOH- -浓度增大浓度增大, ,碱性增强碱性增强。化学化学化学化学答案答案: :D D

16、化学化学化学化学(2)Pb(2)PbPbOPbO2 2对换对换化学化学探究探究3 3问题导引问题导引1.1.燃料电池的正、负极反应物有何特点燃料电池的正、负极反应物有何特点? ?2.2.书写燃料电池的电极反应式时应注意哪些问题书写燃料电池的电极反应式时应注意哪些问题? ?燃料电池燃料电池 化学化学疑难剖析疑难剖析1.1.燃料电池是将可燃物燃料电池是将可燃物( (如如H H2 2、甲醇、丁烷、甲烷等、甲醇、丁烷、甲烷等) )燃烧时放出的热量以燃烧时放出的热量以电能的形式释放出来的装置电能的形式释放出来的装置, ,具有高效能、低污染的特点。具有高效能、低污染的特点。2.2.书写燃料电池的电极反应式

17、应注意的问题书写燃料电池的电极反应式应注意的问题(1)(1)电池的负极一定是可燃性气体电池的负极一定是可燃性气体, ,失电子失电子, ,发生氧化反应。电池的正极一发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体定是助燃性气体( (一般是一般是O O2 2),),得电子得电子, ,发生还原反应。发生还原反应。(2)(2)电极材料一般不参加化学反应电极材料一般不参加化学反应, ,只起传导电子的作用。只起传导电子的作用。(3)(3)电极反应式作为一种特殊的离子反应方程式电极反应式作为一种特殊的离子反应方程式, ,也必须遵循原子守恒、也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。电荷守恒规律。(4)(4)写电极反应式时写

18、电极反应式时, ,一定要注意电解质是什么一定要注意电解质是什么, ,其中的离子要和电极反应其中的离子要和电极反应式中出现的离子相对应式中出现的离子相对应, ,碱性电解质溶液中碱性电解质溶液中, ,电极反应式中不能出现电极反应式中不能出现H H+ +, ,酸酸性电解质溶液中性电解质溶液中, ,电极反应式中不能出现电极反应式中不能出现OHOH- -。化学化学化学化学【例例3 3】 有下列有下列4 4种燃料电池的工作原理示意图种燃料电池的工作原理示意图, ,其中正极反应的产物为水其中正极反应的产物为水的是的是( () )答案答案: :C C化学化学【名师点睛名师点睛】 燃料电池的电解质溶液可采用碱性溶液、酸性溶液或采用熔燃料电池的电解质溶液可采用碱性溶液、酸性溶液或采用熔融盐做电解质融盐做电解质, ,还可以采用能传导阴、阳离子的固体电解质还可以采用能传导阴、阳离子的固体电解质, ,书写或判断电书写或判断电极反应式时需注意生成物能否与电解质中的微粒反应极反应式时需注意生成物能否与电解质中的微粒反应。化学化学【跟踪训练跟踪训练3 3】 燃料电池的能量利用率比内燃机高燃料电池的能量利用率比内燃机高, ,已应用于汽车中。如图已应用于汽车中。如图为某燃料电池工作示意图为某燃料电池工作示意图, ,其中其中C C1 1和和C C2 2均为多孔性纳米石墨电极。下列有关均为