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1、专题专题1 化学反应与能量变化化学反应与能量变化第二单元第二单元 化学能与电能的转化化学能与电能的转化原电池的工作原理原电池的工作原理Company Logo判断下列装置能否构成原判断下列装置能否构成原电池，并思考原池，并思考原电池的构成条件池的构成条件 知识回顾知识回顾CuCCuZnCompany Logo形成原电池的条件形成原电池的条件前提条件：有前提条件：有自发的氧化还原反应、放热反应自发的氧化还原反应、放热反应 （1 1）有两种）有两种活泼性不同活泼性不同的导电材料的导电材料 ( (不同的金属或金属与非金属导体）不同的金属或金属与非金属导体）作电极作电极（2 2）两个电极必须插入）两个
2、电极必须插入电解质溶液电解质溶液中中（3 3）两极相连形成）两极相连形成闭合回路闭合回路 （用导线连接或电（用导线连接或电极直接接触）极直接接触）原原电池：把化学能池：把化学能转变为电能的装置能的装置 Company LogoH2SO4 G e-e-ZnCuZn H2+H2-+Cu-ZnCu-Zn原电池原理示意图原电池原理示意图1 1、由组成原电池两极的电极材料判断由组成原电池两极的电极材料判断 相对活泼的是负极，活泼性较弱的是相对活泼的是负极，活泼性较弱的是正极正极2 2、根据原电池里电解质溶液内离子流根据原电池里电解质溶液内离子流动方向判断动方向判断. . 在原电池的电解质溶液里，在原电池
3、的电解质溶液里， 阳离子移阳离子移向的极为正极。向的极为正极。 3 3、根据原电池的两极发生的现象判断。根据原电池的两极发生的现象判断。 原电池的负极总是发生氧化反应，正原电池的负极总是发生氧化反应，正极发生还原反应极发生还原反应. .Company Logov正极（铜电极）： 2H+ + 2e- = H2 v负极（锌电极）： Zn - 2e- = Zn2+电池反应：电池反应：Zn+ 2H+ = H2+ Zn2+（总反应）（总反应）原电池电极反应、电池反应的书写原电池电极反应、电池反应的书写原电池电极反应、电池反应的书写原电池电极反应、电池反应的书写Company LogoZnCuZnCuAB
4、CDEF下列哪些装置能构成原电池？相应的电极反应下列哪些装置能构成原电池？相应的电极反应Company Logo负极负极Zn： Zn2e- Zn2+正极正极C：2H+2e- H2总反应总反应：Zn+2H+Zn2+H2负极负极u： u2e- u2+正极正极C：2Ag+2e- 2Ag总反应总反应：Cu+2Ag+Cu2+2AgCompany Logo设疑若F中两烧杯中的电解质溶液用能使阴阳离子移动的装置连接起来，能否形成原电池？探究一：探究一：预测预测预测预测 实验实验实验实验1 1 1 1 的现象和结论的现象和结论的现象和结论的现象和结论 现象现象现象现象: : : :锌粉溶解锌粉溶解锌粉溶解锌粉
5、溶解, ,有红色物质析出有红色物质析出有红色物质析出有红色物质析出, ,温度计显示温度迅速上温度计显示温度迅速上温度计显示温度迅速上温度计显示温度迅速上升升升升. .结论结论结论结论: : : :Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu化学能化学能 热能热能Company Logo探究二：探究二：预测预测 实验实验2 2 的现象和结论的现象和结论 现象现象现象现象: : : :锌片变细锌片变细锌片变细锌片变细, ,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, ,电流计指针发生偏电流计指针发生偏电流计指针发生偏电流计指针发生偏转转转转. .结论结论结论结论: : : :
6、化学能化学能 电能电能Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu2e2e- -CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=CuCompany Logo盐桥：在：在U型管中装型管中装满用用饱和和KCl溶液和溶液和琼脂作成的脂作成的冻胶。胶。1 1、盐桥的作用：、盐桥的作用： 使使ClCl- -向锌盐向锌盐方向移方向移动，动，K K+ +向铜盐方向移动，向铜盐方向移动，使使ZnZn盐和盐和CuCu盐盐溶液一直溶液一直保持电中性，从而使电保持电中性，从而使电子不断从子不断从ZnZn极极流向流向CuCu极。极。Company Logov正极（铜电极）： Cu2+ +
7、 2e- = Cu v负极（锌电极）： Zn - 2e- = Zn2+电池反应：电池反应：Zn+ Cu2+ = Cu+ Zn2+（总反应）（总反应）此此电池的优点电池的优点：能产生持续、稳定的电流。：能产生持续、稳定的电流。Company Logo活动探究活动探究 请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 设计成一个原电池。设计成一个原电池。1 1、电解溶液：、电解溶液： 。2 2、电极材料：、电极材料： 正极正极 ，负极，负极 。3 3、电极反应式、电极反应式 ： 正极正极: : 。 负极负极: : 。 FeC
8、CuSO4溶液溶液FeCCu2+2e- CuFe2e - Fe2+Company Logo1、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.2H+2e-H2负极：负极：总反应：总反应：正极正极：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2()随堂检测 Company Logo正极：正极：负极负极：总反应：总反应：Fe2e - Fe2+Cu2+2e- CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4负极：负极：Zn2e-Zn2+正极：正极：Cu2+
9、2e-Cu总反应：总反应：Zn+Cu2+Zn2+Cu或或 Zn+CuSO4ZnSO4+CuCompany Logo2 2、一个原电池的总反应的离子方程式是、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + CuZn + Cu2+2+ = = ZnZn2+2+ + Cu + Cu，该反应的原电池的组成正确的是该反应的原电池的组成正确的是 ABCD正极ZnAgCuCu负极CuCuZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4FeCl2Company Logo3、已知氧化还原反应、已知氧化还原反应 Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2，利用这一反应设计一个原电池，画出示意图，利用这一反应设计一
10、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。标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。CuCl2FeCl3ACuC正极：正极：负极负极：总反应：总反应：Cu2e - Cu2+2Fe3+2e- 2Fe2+2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+Company Logo 负极：负极： Fe 2e- = Fe2+正极：正极： 2H+ + 2e- = H2总：总：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 稀稀 硫硫 酸酸FeCu稀 硫 酸FeCuNaCl溶液溶液负极：负极： Fe 2e- = Fe2+正极：正极： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-总：总：2Fe + 2H2O +
11、 O2 = 2Fe(OH)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Company Logo负极：负极： Al+ 4OH3e- =Al O2 +2H2O 正极：正极：2H2O + 2 e- = H2+ 2OH 总：总：2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2 稀 硫 酸负极：负极： Mg 2e- = Mg2+ + 2H2O 正极：正极： 2H+ + 2e- = H2总：总：Mg +2H+ = Mg 2+ + H2 Company Logo负极：负极： Cu 2e- = Cu 2+ 正极：正极： 2H+ +NO3 + e- = NO2 + H2O总：总：Cu + 4H
12、+ +2NO3= 2NO2 + Cu 2+ + 2H2O稀H2SO4负极：负极： Al 3e- =Al 3+ + 2H2O 正极：正极： 2H+ + 2e- = H2总：总：2Al + 6H+ = 2Al 3+ + 3H2 Company Logo下列关于下图所示原电池的说法正确的是下列关于下图所示原电池的说法正确的是A 铝片为正极铝片为正极B 正极上有正极上有H2产生产生C Al是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出D 当转移当转移0.04 mol e- 时，产生时，产生 0.01 mol O2 CuCompany Logo锂锂电
13、池电池干电池干电池纽扣电池纽扣电池各类电池各类电池蓄电池蓄电池Company Logo银锌纽扣电池银锌纽扣电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。两极分别为池。两极分别为氧化银氧化银和和锌锌，电解质为，电解质为KOH溶液，溶液，发生氧化还原反应后生成发生氧化还原反应后生成银银和和氧化锌氧化锌。锌是锌是 极，发生极，发生 反应；反应；氧化银是氧化银是 极，发生极，发生 反应。反应。总反应为：总反应为：Zn+Ag2O= ZnO+2Ag负极（锌）：负极（锌）： 正极（氧化银）：正极（氧化银）：负负氧氧 化化正正还还 原原1、干电池、干电池-一次
14、电池一次电池Zn+2OH-2e-=ZnO+H2OAg2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-Company Logo负极（锌筒）：负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+ 正极（石墨）：正极（石墨）：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O普通锌锰干电池普通锌锰干电池总反应：总反应：Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2OCompany Logo碱性锌锰干电池（碱性锌锰干电池（用用KOH代替代替NH4Cl能提高能提高 性能，延长寿命）性能，延长寿命）负极（锌筒）：负极（锌筒）：正极（石墨）：正极（石墨）：总反应：总反应：Zn+ 2MnO2+2H2O=Z
15、n(OH)2+ 2MnOOHZn-2e-+2OH-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Company Logo氢氧氢氧燃料电池的工作原理燃料电池的工作原理酸性条件：酸性条件： 负极（负极（H2）：）：2H H2 2 -4e -4e = 4H = 4H+ +碱性或中性条件：碱性或中性条件： 负极（负极（H2）：）：2H H2 2 + 4OH + 4OH - 4e - 4e = 4H = 4H2 2O O正极（正极（O2）： O O2 2 + 2H + 2H2 2O +O + 4e4e = 4OH = 4OH 总反应：总反应： 2H2H2 2O O2 22H2H2
16、2O O总反应：总反应： 2H2 2O2 22H2 2O2 2、燃料电池、燃料电池氢氧燃料电池结构氢氧燃料电池结构正极（正极（O2）：）： O2 + 4H + 4H+ + + + 4e4e = 2H = 2H2 2O OCompany Logo【拓展拓展】一种新型燃料电池，它是以两根金属铂片插入一种新型燃料电池，它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷和氧气。电极反应为：和氧气。电极反应为：负极：负极：正极：正极：电池总反应：电池总反应：2O2+ 4H2O +8e-= 8OH -CH4+ 10OH -8e-= CO32- + 7H2O
17、CH4+ 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3 H2OCompany Logo3、充电电池、充电电池充电电池又称二次电池，它在放电时所充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使生成物恢复原状，如此充放电进行，使生成物恢复原状，如此充放电可循环进行，至一定周期后终止。可循环进行，至一定周期后终止。汽车用蓄电池汽车用蓄电池Company Logo铅蓄电池铅蓄电池铅蓄电池铅蓄电池放电时放电时放电时放电时的电极反应：的电极反应：的电极反应：的电极反应：负极：负极：负极：负极：PbPb + SO + SO4 42-2-2e-2e
18、-PbSOPbSO4 4正极：正极：正极：正极：PbOPbO2 2 + 4H+ 4H+ + + SO+ SO4 42-2- + 2e + 2e- -PbSOPbSO4 4 + 2H + 2H2 2O O 铅蓄电池充电和放电的总化学方程式：铅蓄电池充电和放电的总化学方程式：PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O放电放电放电放电充电充电充电充电总反应总反应 ：PbOPbO2 2 + + PbPb + 4H + 4H+ + 2SO+ 2SO4 42-2- = 2PbSO = 2PbSO4 4 + 2H+ 2H2 2OO铅蓄电池铅蓄电池铅蓄电池铅蓄电池充电时充电时充电时充电时
19、的电极反应：的电极反应：的电极反应：的电极反应：负极：负极：负极：负极： PbSOPbSO4 4 +2e2e- - PbPb + SO + SO4 42-2-正极：正极：正极：正极： PbSOPbSO4 4 + 2H + 2H2 2O -2eO -2e- - PbOPbO2 2 + 4H+ 4H+ + + SO+ SO4 42-2-总反应总反应 ：2PbSO2PbSO4 4 + 2H + 2H2 2O =O = PbOPbO2 2 + + PbPb + 4H + 4H+ + 2SO4+ 2SO42-2-Company Logo海水电池海水电池1991年，我国首创以铝年，我国首创以铝-空气空气-
20、海水为能源的新型电海水为能源的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比这种海水电池的能量比“干电池干电池”高高2050倍。电极倍。电极反应式为：反应式为：负极：负极：正极：正极：电池总反应：电池总反应：4Al - 12e-= 4Al 3+3O2+ 6H2O +12e-= 12 OH -4Al+3O2+ 6H2O = 4Al (OH)3【拓展拓展】Company Logo镍铬电池 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。 NiO2（S）+
21、Cd（S）+2H2O（L）=Ni（OH）2（S）+Cd（OH）2（S）Ag2O（S）+Cd（S）+H2O（L）=2Ag（S）+Cd（OH）2（S）Company Logo1 1、电极材料及原料、电极材料及原料2 2、电解质溶液、电解质溶液3 3、优点、优点4 4、应用领域、应用领域锂电池锂电池摩托罗拉摩托罗拉6188/6288原装锂电池原装锂电池正极正极：金属氧化物金属氧化物 负极：负极：锂锂使用寿命长，质量轻、电压高、工作效率高、使用寿命长，质量轻、电压高、工作效率高、寿命长、质量轻、体积小寿命长、质量轻、体积小有机溶剂有机溶剂电脑、照相机、手表、心脏起博器电脑、照相机、手表、心脏起博器索尼
22、数码相索尼数码相机锂电池机锂电池Company Logo锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A A、 LiLi是正极，电极反应为是正极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、
23、LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2 D D、 LiLi是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+Company Logo 熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔融盐混合物作电解质，的熔融盐混合物作电解质，COCO为阳极为阳极燃气，空气与燃气，空气与COCO2 2的混合气体为阴极助燃气，制得在的混合气体为阴极助燃气，制得在650650下工作的燃料电池，
24、完成有关的电池反应式：下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 阳极反应式：阳极反应式：2CO+2CO2CO+2CO3 32 2- - = 4CO = 4CO2 2+4e+4e- - 阴极反应式：阴极反应式：_ 总电池反应式：总电池反应式：_ 练习练习 2CO+O2=2CO2O2+2CO2+4e- -=2CO32- - Company Logo如图是如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子。电子经外电路、质子经内电路到达另一和电子。电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应式为：极与氧气反应。电池总反应式为： 2CH3OH3O22CO24H2O。下列说法中正确的是下列说法中正确的是A左边的电极为电池的负极，左边的电极为电池的负极， a处通入的是甲醇处通入的是甲醇B右边的电极为电池的负极，右边的电极为电池的负极， b处通入的是空气处通入的是空气C电池负极的反应式为：电池负极的反应式为： CH3OH + H2O 6e = CO2 + 6H+D电池的正极反应式为：电池的正极反应式为： O2+2H2O+4e=4OHA、CCompany Logo
