原电池的工作原理和化学电源2008-2-20

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1、 化学电源 的分类一次电源:普通锌锰干电池、碱性干电池、银锌钮扣电池二次电源:铅蓄电池、镍镉电池、银锌电池、镍氢电池、锂电池、锂离子电池锂电池干电池叠层电池纽扣电池各类电池(1)钮扣式银锌电池钮扣电池1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975- 1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为 美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。(2)干电池(普通锌锰电池)干电池用锌制桶形外壳作 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NH4Cl、ZnCl2 和淀粉作电解质溶液

2、,还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2,防止产生极 化现象。电极总的反应式为:4NH4Cl+2Zn +2MnO2 = Zn(NH3)4Cl2 +ZnCl2 +Mn2O3+H2O碱性锌锰电池(书P14)(3)氢氧燃料电池 Pt电极H2O2氢氧燃料电池模拟KOH若将氢气换成甲烷,写出各电极的电极反应(4)铅蓄电池正极材料上 涂有棕褐色 的PbO2,负极 材料是海绵 状的金属铅 ,两极浸在 H2SO4溶液中 。写出放电 时电极反应 式。(5)银锌电池正极壳填充Ag2O和石墨,负极盖填充锌汞合金 ,电解质溶液KOH。反应式为:2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O写出放电时电极反应式。充

3、电 放电(6)镉镍电池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 充电 放电负极材料:Cd ,正极材料:涂有NiO2 ,电解 质:KOH溶液。反应式如下:写出电极反应式。电极方程式的书写1、先根据电极材料、电解质溶液及反应现象,先确定正 负极,然后写电极反应式。在确保正负极转移电子数目 相同的前提下,将正负电极反应式相加既得总反应式。2、根据氧化还原方程式找出发生氧化反应和还原反应的 物质,确定两极名称和反应物,利用电子守恒写出两极 反应式。小结【思考】 1、原电池是怎样一个装置 2、原电池的构成条件 3、原电池工作原理酒精稀H2SO4稀H2SO4ABCDECuSO4电子电子:

4、 :负极负极 导线导线 正极正极失电子 氧化反应得电子 还原反应原 电 池 工 作 原 理 示 意 图 实验实验1 1 的现象和结论的现象和结论现象现象: :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. .结论结论: :Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu化学能化学能 热能热能CuSO4 实验实验2 2 的现象和结论的现象和结论现象现象: :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. .结论结论: :化学能化学能 电能电能Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+Zn+ C

5、u2+ Zn2+ + Cu2e2e- -CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=Cu取出盐桥:?电流中断盐桥:在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作 成的冻胶。盐桥的作用:使Cl-向锌盐方向移动,K+向铜盐方向移动 ,使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性,从而使 电子顺利地不断从Zn极流向Cu极。原电池(含盐桥):1、两个半电池(一般为不同的两个电极和电解质溶液)2、盐桥(通常为含有KCl饱和溶液的琼脂)3、用导线相连组成闭合回路原理:电极反应和总反应:Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+CuCu2+2+2e+2e- -= Cu= Cu负极:负极:Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn

6、2+2+正极:正极:CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=Cu总反应: Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu构 成 : 正负极的判断:负极:失去电子(发生氧化反应,一般为 较活泼的金属电极)正极:得到电子(发生还原反应一般为较不 活泼金属或非金属)(单位时间内负极失电子数与正极得电子数 相等) 电极方程式的书写1、先根据电极材料、电解质溶液及反应现象, 再确定正负极,然后写电极反应式。在确保正 负极转移电子数目相同的前提下,将正负电极 反应式相加既得总反应式。2、根据氧化还原方程式找出发生氧化反应和还 原反应的物质,确定两极名称和反应物,利用 电子守恒写出两极反应式。练 习1、判断下列哪些装

7、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,并写出电极反应式.1( )2H+2e-H2负极:总反应 :正极:Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2( )负极 :正极:总反应:Zn2e- Zn2+2H+2e- H2Zn+2H+Zn2+H2( )正极:负极:总反应:Fe2e - Fe2+Cu2+2e- Cu Fe+Cu2+Fe2+Cu Fe+CuSO4Cu+FeSO42354()()负极 :正极:总反应:Zn2e-Zn2+2H+2e-H2Zn+2H+H2+Cu甲2、把金属甲和乙分别插入稀硫酸中,观察到 金属甲表面有气泡产生,金属乙表面无气 泡产生,此实验说明甲的金属活动性比

8、乙 的 ;若把这两种金属用导线连接后平 行插入稀硫酸中,则可观察到金属 的 表面有气泡产生,一段时间后金属 的 质量减少。强 乙迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入使 用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相 同的工作电压(12伏),但由于采用了稀土合金或TiNi合金储氢 材料作为 负极活性物质,取代了致癌物质镉,使其 成为一种 绿色环保电池。 锂离子蓄电池系由碳作负极,嵌锂的金属氧 化物作 正极和有机电解质构成,其工作电压为36伏,因此一 个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱 锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起 来的,由于应用了 无汞化的锌粉

9、及新型添加剂,不仅保持了原电池 的电流放电 特性,而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利用P N结的光电效应,把太阳光能直接转换成电 能,满足用户需要 。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单可靠 、减少维护、建设周期短等特点,已被空间和无常规能源的地 域广泛采用。绿色电池种种3、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,该反应的原电池的组成正确的是A B C D正极 Zn Ag Cu Cu负极 Cu Cu Zn Zn 电解质 CuCl2 H2SO4 CuSO4FeCl2C4、已知氧化还原反应Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2, 利

10、用这一反应设计一个原电池,画出示意图, 标出电极材料,电解质溶液,写出电极反应式。CuCl2FeCl3A CuC正极:负极:总反应:Cu2e - Cu2+2Fe3+2e- 2Fe2+2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+设计请用镁、铝作电极,设计一个原电池, 并写出电极反应方程式和总方程式。现现有试剂试剂 : H2SO4溶液、NaOH溶液、MgCl2溶液 MgSO4溶液所用电解质溶液 _ 负极_ 负极反应_正极_ 正极反应_总反应 _H2SO4溶 液Mg2H+2e-=H2AlMg+2H+=Mg2+H2G CABMg-2e-= Mg2+所用电解质溶液 _NaOH溶 液负极_ Al 负极反应Al-3e-+4OH-= AlO2-+2H2O正极_Mg 正极反应_ 2H2O +2e-=H2 +2OH- 总反应 2Al+2OH-+2H2O= 2AlO2-+3H2

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