人教版必修2.2原电池

1、化学能与电能,第二节,一、一次能源与二次能源,一次能源：,直接从自然界获取的能源称一次能源。如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀等。,二次能源：,一次能源经过加工、转换得到的能源称为二次能源。如：电力、蒸汽等,火力发电厂工作原理,火力发电的优点与缺点：,优点：,1、我国煤炭资源丰富廉价方便 2、电能清洁安全，又快捷方便，节省时间,缺点：,1、排出大量温室效应气体（CO2）和废气（SO2），能导致酸雨,2、产生废渣（有毒金属和致癌化合物）、废液,3、能量转化效率低。,一、化学能与电能的相互转化,化学能 （燃料）,热能,机械能,电能,燃烧,蒸汽,发电机,（蒸汽轮机）,（2）存在的问题：,经多次

2、转换，能量损耗大，燃料的利用率低；环境污染严重。,（1）能量转换：,1、火力发电,（3）燃烧的本质是氧化还原反应，而氧化还原反应的本质是电子转移。,思考：能否将化学能直接转化为电能？,将锌片和铜片用导线连接（导线中间接入一个电流表），平行插入盛有稀硫酸得烧杯中，观察现象。,铜片表面有气泡产生,锌片不断溶解,电流表指针发生偏转,探究实验,实验分析：,锌片：,铜片：,Zn 2e = Zn2+,（发生氧化反应）,2H+ + 2e H2,（发生还原反应）,负极,正极,原电池：,Zn 2H+ Zn2+ H2,定义：将化学能转变为电能的装置,总反应：,学与问： 根据电学知识，你知道电子是怎样流动的吗？你如

3、何判定装置的正、负极？,负极：较活泼的电极，电子流出的极，失去电子，发生氧化反应,正极：较不活泼的电极，电子流入的极，得到电子，发生还原反应,e-,e-,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,电解质溶液,失e,沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e-=H2,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,2H+2e-=H2,Zn2e-=Zn2+,Zn+2H+=Zn2+H2,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,(离子方程式）,（化学方程式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,构成原电池的条件是什么？,(1) 两电极,活泼性不同的两种金属,或者一种金属与一种非金属导体(如石墨),用导线

4、连接或直接接触。, 电解质溶液, 闭合回路,酸、碱、盐溶液一般要能和某极发生氧化还原反应,（4 ） 有能自发进行的氧化还原反应 形成原电池的基础,思考：如何判断原电池的正负极？有几种方法？,方法一：根据两极材料判断。一般活泼金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极； 方法二：根据电子移动方向来判断。电子流出的为负极、电子流入的为正极； 方法三：根据反应类型或得失电子来判断。失去电子发生氧化的是负极、得到电子发生还原反应是正极； 方法四：根据电极现象判断。一般情况下逐渐溶解的电极为负极，产生气泡或增重的电极为正极； 方法五：根据电解质溶液中阴阳离子的移动方向判断。 阴离子流向的电极为负

5、极、阳离子流向的电极为正极；,思考：,什么类型的化学反应可设计成原电池？,理论上讲，常温下可自发进行的氧化 还原反应都能设计成原电池。,从原电池形成条件考虑, 两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非金属，如“碳棒”）作电极。其中较活泼金属为负极。较不活泼金属（或非金属）为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。 电解质溶液（做原电池的内电路，并参与反应） 形成闭合回路 能自发地发生氧化还原反应,两极一液一连线,原电池的设计思路,负极： 正极： 较活泼金属 选用比负极不活泼的金属 （从总反应中找） 或用非金属碳棒 电解质溶液： 从总反应中找,两极一液一连线,如：Zn+H2SO4=Zn

6、SO4+H2,正极材料还可以用？,练习：设计以下反应的原电池装置,1.Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag 2.Cu+2Fe3+=2Fe2+Cu2+,练习,1、判断下列装置是否是原电池？请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.,(),(),(),2H+2e-H2,负极：,总反应：,正极：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,书写电极反应式： 先写总式（离子方程式） 再列微粒，标得失，用等号,(),(),负极：,正极：,总反应：,正极：,负极：,总反应：,Fe2e-Fe2+,Cu2+2e-Cu,Fe+Cu2+Fe2+Cu,Fe+CuSO4Cu+FeSO4,Al+4

7、OH3e-=AlO2-+2H2O,2H2O+2e-=H2+2OH,2Al+2OH+ 2H2O =2AlO2-+3H2,(),思考： Zn和稀H2SO4制H2时，为加快反应常加入少量CuSO4溶液，为什么？,发展中的化学电源,电池的广泛应用,最早使用的化学电池是锌锰电池，即大家所熟 悉的干电池，其构造如图所示。它是一种一次性电 池，放电之后不能充电（内部的氧化还原反应是不 可逆的）。,一、一次电池 1. 普通锌锰干电池：用锌筒外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2黑色粉末.,负极(Zn)：Zn 2e- = Zn2+,正极

8、(石墨)：2NH4+ + 2e- =2NH3+H2 H2+2MnO2=Mn2O3+H2O 正极产生的NH3又和ZnCl2作用： Zn2+4NH3=【Zn(NH3)4】2+,电池总反应式： 2Zn+4NH4Cl+2MnO2= 【Zn(NH3)4】Cl2+ ZnCl2+Mn2O3+H2O,电解质：NH4Cl、MnO2,特点： a：电压通常约为1.5伏，放电后不能充电再生 b：用KOH代替NH4Cl能提高 性能，延长寿命,广泛用于手电筒、石英钟、电动玩具、袖珍电视 机等。,2.碱性锌锰干电池,碱性电池,电解液: NH4Cl碱性KOH（离子导电性更好）,优点：比能量和储存时间有所提高，适用于电流和连续

9、放电,3.纽扣电池（Ag-Zn电池）,总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag,用途：电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等,二、充电电池,1、充电电池：氧化还原反应在充电时可以逆向进行。,2、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。,手机专用电池,摄像机专用电池,笔记本电脑专用电池,二.充电电池：,1. 铅蓄电池：最早使用的充电电池，它 是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳， 在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极 板是海绵状的金属铅，两极均浸入硫酸溶 液中。,正极（PbO2）： PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- PbSO4 + 2H2O 电解质溶液：稀硫

10、酸,铅蓄电池的工作原理 总化学方程式： PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O,放电 充电,放电时（原电池）的电极反应：,负极（Pb ）： Pb + SO42-2e-PbSO4,练习：铅蓄电池在使用过程中，下列说法中正确的是( ) A.生产和使用铅蓄电池时，不会引起铅中毒 B.铅蓄电池转移2mol电子，消耗2mol硫酸。 C.使用铅蓄电池时，若铅板上有1mol 铅反应，就消耗2molH2SO4 D.在使用时，电池内溶液密度不变,BC,2. 镍镉充电电池：它是一种体积少，具有残留性记忆的充电电池，可重复使用500次以 上。它以Cd为负极，NiO(OH)为正极，KOH为电

11、解液。广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪 光灯、电动剃须刀等，但有毒。,负极：Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2 正极：2NiO（OH）+2H2O+2e-=2Ni(OH) 2+2OH- 总反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2,3.锂离子电池：它是新一代可充电的 绿色电池.现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。,在锂电池中，电解质能是水溶液形式吗？,锂是活泼金属且能与水反应，故不能是电解质的水 溶液，通常为非水溶剂。,负极（Li）：Li-e-=Li+ 正极（MnO2）：MnO2+Li+e-=LiMnO2 总反应：MnO2+Li= LiMnO

12、2,电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节纽扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。,废旧电池的回收利用,燃料电池高效、环境友好的化学电池,它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极， 活性炭电极等。 (例如：H2和O2的燃料电池，CH4和O2的燃料电池),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。,小型高性能燃料电

13、池,1. 氢氧燃料电池,正负极材料 负极：通氢气（燃料） 正极：通氧气（氧化剂） 电解质： H2SO4溶液/NaOH溶液 电极：使用铂电极或者多孔性碳,特点： 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池，高效环境污染少。,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,练习：氢氧燃料电池是将H2和O2 分别同入电 池，穿过侵入H2SO4溶液的多孔碳电极，则下 列叙述正确的是： A 通H2的一极为正极，通氧气的一极为负极 B 通O2的一极为正极，通H2的一极为负极 C 工作一段时间后电解质溶液的PH值增大 D 工作时负极附近PH值增大,BC,2.甲烷燃料电池,该燃料电池用铂或石墨作电极,在两极分别 通甲烷和氧气,电解质溶液为酸性溶液.,负极: 正极: 总反应式:,CH4 + 2H2O- 8e- = CO2 + 8H+,2O2 + 8+8e-= 4H2O,CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O,2.甲烷燃料电池,该燃料电池用铂或石墨作电极,在两极分别 通甲烷和氧气,电解质溶液为KOH溶液.,负极: 正极: 总反应式: