原电池及化学电源

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1、 实验一：将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中，观 察实验现象。现象：锌片逐渐溶解，锌片上 有气体产生Zn + 2H+ = Zn2+ + H2失去2e-得到2e-实验二：把锌和铜片用导线连接，插入到稀硫 酸中，观察实验现象。 现象：锌片逐渐溶解，铜片上 有气体产生Zn + 2H+ = Zn2+ + H2失去2e-得到2e-实验三：把锌和铜片用导线连接，中间接上电 流计，插入到稀硫酸中，观察实验现象。 现象：锌片逐渐溶解，铜片上 有气体产生，电流表指针偏转 。把化学能转化为电能的装置叫做原电池。一、一、原电池概念原电池概念http:/ Cu A稀硫酸负极失电子，电子流出极发生氧化反应Zn 2e- = Z

2、n2+正极得电子，电子流入极发生还原反应2H+ + 2e- = H2材料相对活泼材料相对不活泼电解质溶液负极反应式正极反应式二、二、原电池的工作原理原电池的工作原理阴离子移向负极，阳离子移向正极。阴离子移向负极，阳离子移向正极。1、有活泼性不同的两个电极两个活泼性不同的金属或金属与能导电非金属2、两电极插入电解质溶液3、正极、负极、电解质溶液构成闭合回路4、自发进行的氧化还原反应三、三、构成原电池的条件四、四、原电池的应用1. 1.加快反应速率。加快反应速率。2. 2.比较金属的活动性。比较金属的活动性。 注意：酸性电解质。注意：酸性电解质。 活泼性：负极活泼性：负极 正极正极利用此氧化还原氧

3、化还原反应来设计原电池 ，写出电极反应式。并画出装置图Zn+CuSO4 = Cu+ZnSO4 四、四、原电池的应用1. 1.加快反应速率。加快反应速率。2. 2.比较金属的活动性。比较金属的活动性。 注意：酸性电解质。注意：酸性电解质。 活泼性：负极活泼性：负极 正极正极3. 3.设计原电池设计原电池明确总反应明确总反应分解为两个半反应，分解为两个半反应， 确定电极反应确定电极反应确定电极材料和确定电极材料和 电解质溶液电解质溶液画出示意图画出示意图五、五、原电池的装置1. 1.一般装置一般装置为什么锌片和铜片上都被红色 的铜覆盖，且电流计指针逐渐 指向零?用什么办法避免Cu2+在锌片上也析出

4、，以延 长电池放电时间提高供电效率?导线改进一：上述装置构成了原电池吗？为什么？改进二： 2. 2.带盐桥的装置带盐桥的装置盐桥 （1）成分：一般为含有饱 和KCl溶液的琼脂 （2）Cl-向ZnSO4移动， K+向CuSO4方向移动。 （3）作用： 使两个溶液均保持电中性 使两个装置中溶液形成闭 合回路练习：写出下列原电池的电极反应式和总方程式。练习：写出下列原电池的电极反应式和总方程式。1.Fe1.Fe、CuCu、稀盐酸、稀盐酸2.Al2.Al、C C、稀硫酸、稀硫酸3.Al3.Al、C C、氢氧化钠、氢氧化钠六、六、电极反应式的书写列物质 标得失 先确定原电池的正负极，列出正负 极上的 反

5、应物质，并标出相同数目电子的得失。 电极产物在电解质溶液的环境中，应稳定存在。 两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证 看环境 配守恒 两式相加 验总式 如：碱性介质中生成 的H+ 应让其结合 OH- 生成水 。第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节 化学电源学与问在日常生活和学习中，你用过哪 些电池？其中有哪些属于化学电池?你知道电池的其它应用吗？ 电池化学电池太阳能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产 生的热能通过热电转换器转变 为电能的装置用途广泛的电池用途广泛的电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用途广泛的电池用于“神六”的太阳能电池

6、笔记本电脑专用电池 手机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电 池小型高性能 燃料电池 阅读教材P74页并回答问题：1、化学电池与其它能源相比有哪些优点？2、判断电池的优劣标准主要是什么？3、目前化学电池主要分哪几大类？能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和 大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便，易 于维护，并可在各种环境下工作单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即比能量的 大小；输出功率的大小即比功率的大小以及电池的存储 时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能 多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。化 学 电 池一次电池二次电池燃料电池氢气、甲醇、天 然气、

7、煤气与氧 气组成燃料电池铅蓄电池锌银蓄电池镍镉电池锂离子电池普通干电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池电池中的反应物质 消耗到一定程度，就不能再次 利用。又称充电电池或蓄 电池。放电后经充电可使电 池中的活性物质获得重生， 恢复工作能力，可多次重复 使用。是一种连续地将燃 料和氧化剂的化学能直接转 化成电能的化学电源，又称 连续电池。一、一次电池一、一次电池干电池干电池n(-)ZnNH4Cl+ZnCl2MnO2 C(+)n负极(Zn)： Zn2e- =Zn2+n正极(MnO2和C)： 2NH4+2e- =2NH3+H2 H2+2MnO2=Mn2O3+H2On电池总反应： Zn+ 2NH4+ 2MnO2

8、=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O普通锌锰电池锌筒石墨棒MnO2和C普通锌锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等工作原理碱性锌锰电池构造示意图碱性电池 n(-) ZnKOHMnO2 (+)n负极(Zn)： Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2n正极(MnO2)： 2MnO2+2H2O+2e- =2MnOOH+2OH-n电池总反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2n优缺点简析：只能一次使用，不能 充电；价格较贵；比能量和储存时 间有所提高，适用于大电流和连续 放电。一、一次电池一、一次电池银锌电池银锌电池( (纽扣电池纽扣电池) )n(-)

9、 ZnKOHAg2O (+)n负极(Zn)：Zn +2OH- -2e- =ZnO+H2On正极(Ag2O)：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH-n电池总反应：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag二、二次电池二、二次电池铅蓄电池铅蓄电池n(-) PbH2SO4PbO2 (+)n负极(Pb)：Pb-2e-+SO42-=PbSO4n正极(PbO2)：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2On电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O阅读P76，了解铅蓄电池的充电原理及铅蓄电池的优缺点。放电原理充电原理n放电过程 负极：氧化反应 Pb(s)+S

10、O42-(aq)-2e-=PbSO4(s) 正极：还原反应 PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4 (s) +2H2O(l) 放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)n充电过程 阴极(接电源负极)：还原反应PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq) 阳极(接电源正极)：氧化反应PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq) 充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)缺点：比能量低、笨重

11、、废弃电池污染环境优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池铅蓄电池的充放电过程：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电放电铅蓄电池的优缺点简析：三、燃料电池三、燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池 n(-) PtH2H+O2Pt (+)n负极(Pt)：2H2-4e-=4H+n正极(Pt)：O2+4H+4e-=2H2On电池总反应：2H2+O2=2H2On(-) PtH2OH-O2Pt (+)n负极(Pt)：2H2-4e-+4OH-=4H2On正极(Pt)：O2+2H2O

12、+4e-=4OH-n电池总反应：2H2+O2=2H2O工作原理氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出；能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有 利于节约能源。缺点：体积较大、附属设备较多优点：能量转换率高、清洁、对环境好其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池 燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别：燃料做负极，助燃剂氧气为正极电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子 的作用。化学电池的组成组成负极正极电解质电极材料电极上发 生反应的 物质电子流向反应类型能导电的物质还原性较强的 物质(多是金 属电极本身)氧化性较强 的物质酸溶液 碱溶液 盐溶液 或 熔融液 流出电子流

13、入电子氧化反应还原反应减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源书写电极反应式应注意以下几点：1 1确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的 物质；物质；2.2.电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的 所有规则（如所有规则（如“ “拆拆” ”、“ “平平” ”）；）；3 3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应；书写电极反应式应注意以下几点：4 4负极失电子所得氧化产物和正极得电

14、子所得还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原产物，与溶液的酸碱性有关( (如如4 4价的价的C C在酸性在酸性 溶液中以溶液中以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-形式形式 存在存在) )；5 5溶液中不存在溶液中不存在OO2-2-：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与HH结合结合 成成HH2 2OO、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- -。再 见练习1、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，它们放电时的总反应都 可以表示为2

15、H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为 2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式为：_。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示 为：_。O2+4e-+4H+=2H2O2H2- 4e-+4OH-=4H2O 练习2、碱性电池具有容量大、放电电流大 的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢 氧化钾溶液为电解液，总反应式为： Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s下列说法错误的是（ ） A 电池工作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：2MnO2sH2Ol2eMn2O3s2OHaqC 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过02mol电子，锌的质量理论上减 小65gC练习3、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物，如：甲烷、 汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成 的甲烷燃料电池中a极的电极反应式：_此时电池内总的反应式 ：_KOH溶液CH4O2H2Oa