《原电池工作原理》PPT课件

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1、专题专题1 1 化学反应与能量转化化学反应与能量转化化学化学2化学化学化学化学反应原理反应原理反应原理反应原理判断下列装置能否构成原电池，并思考原电池的构成条件判断下列装置能否构成原电池，并思考原电池的构成条件 知识回顾知识回顾CuCCuZn盐桥内装含内装含KCl饱和溶液的饱和溶液的琼脂琼脂 ，离子在盐桥中能移动。，离子在盐桥中能移动。盐桥盐桥：盐桥的作用盐桥的作用：沟通内电路沟通内电路 ，使，使连接的两溶液保持连接的两溶液保持电中性电中性。盐桥盐桥【实验实验1】CuSO4此电池的优点此电池的优点:能产生持续、稳定的电流。能产生持续、稳定的电流。温故知新温故知新原电池基础知识原电池基础知识将将

2、化学能化学能转化为转化为电能电能的装置的装置借助借助氧化还原反应氧化还原反应产生产生电流电流的装置的装置概念：概念：构成条件：构成条件：先决条件：先决条件：先决条件：先决条件：必须发生必须发生放热的放热的放热的放热的氧化还原反应氧化还原反应 (1)必须有必须有两种活泼性不同的导电材料两种活泼性不同的导电材料作电极；作电极； (2) 两个电极必须插入两个电极必须插入电解质溶液电解质溶液中；中； (3)两个电极必须两个电极必须相连并形成相连并形成闭合回路闭合回路。原电池由原电池由电极电极、电解质溶液电解质溶液、容器容器三部分组成三部分组成原电池由原电池由两个半电池两个半电池组成组成，两个半电池通过

3、两个半电池通过盐桥盐桥连接连接盐桥盐桥化学能转化为电能的装置化学能转化为电能的装置较活泼的金属较活泼的金属失去电失去电子发生氧化反应，电子发生氧化反应，电子从较活泼金属子从较活泼金属( (负极负极) )通过外电路流向通过外电路流向较不较不活泼的金属活泼的金属( (正极正极) )。原电池工作原理原电池工作原理负极：负极：Mne-Mn+氧化反应氧化反应还原反应还原反应正极：正极：Nm+me-N原电池正负极的比较原电池正负极的比较比较项目比较项目正正 极极负负 极极电子流动方向电子流动方向电子流入电子流入电子流出电子流出金属活泼性金属活泼性相对不活泼相对不活泼相对活泼相对活泼电极反应电极反应Nm+

4、+ me- = N(还原反应还原反应)M - ne- = Mn+(氧化反应氧化反应)电极质量变化电极质量变化增大或不变增大或不变一般：减小一般：减小离子移动方向离子移动方向阳离子阳离子移向该极移向该极阴离子阴离子移向该极移向该极用用铜铜片片、银银片片、Cu(NO3)2溶溶液液、AgNO3溶溶液液、导导线线和和盐盐桥桥（装装有有琼琼脂脂-KNO3的的U型型管管）构构成成一一个个原原电电池池。以下有关该原电池的叙述正确的是以下有关该原电池的叙述正确的是在在外外电电路路中中，电电流流由由铜铜电电极极流流向向银银电电极极，正正极极反反应应为为：Ag+e-=Ag，实实验验过过程程中中取取出出盐盐桥桥，原

5、原电电池池仍仍继继续续工工作作，将将铜铜片片浸浸入入AgNO3溶溶液液中中发发生生的的化化学学反反应应与与该该原原电电池池反反应相同应相同A. B.C.D. 【巩固练习巩固练习1】C练习练习2：根据下式所表示的氧化还原反应设计：根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：一个原电池： Cu(s) + 2Ag+(aq) = Cu2+(aq)+ 2Ag(s)装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；装置简图；注明原电池的正极和负极；注明原电池的正极和负极；注明外电路中电子的流向；注明外电路中电子的流向；写出两个电极上的电极反应。写出两个电极上的电极反应。负极

6、负极： 2e- 2+正极正极C：2Ag+2e- 2AgCCu AgNO3CuSO4+e-装置可采用烧杯和盐桥，装置可采用烧杯和盐桥， 画出此原电池的装置简图；画出此原电池的装置简图；注明原电池的正极和负极；注明原电池的正极和负极；注明外电路中电子的流向；注明外电路中电子的流向；写出两个电极上的电极反应。写出两个电极上的电极反应。 Cu(s) + 2Ag+(aq) = Cu2+(aq)+ 2Ag(s)G G CA AB B反思反思原电池一定要有活泼性不同的原电池一定要有活泼性不同的两电极吗？两电极吗？不一定。不一定。因为原电池的电极材料本身可以不参加因为原电池的电极材料本身可以不参加反应，而只起

7、到反应，而只起到导电导电和做和做载体载体的作用。的作用。例如燃料电池。例如燃料电池。CuAlNaOH溶液溶液【巩固练习巩固练习2】确定下列原电池的正负极，确定下列原电池的正负极，写出各原电池的电极反应式和总方程式。写出各原电池的电极反应式和总方程式。CuAl 稀硫酸稀硫酸CuAl 浓浓HNO3电极方程式规律电极方程式规律1、遵循离子反应方程式书写规律、遵循离子反应方程式书写规律2、负极负极还原剂发生氧化反应为氧化产物，还原剂发生氧化反应为氧化产物， 正极：氧化剂的电子为还原产物。正极：氧化剂的电子为还原产物。 注意溶液的注意溶液的酸碱酸碱性不同，产物的书写形性不同，产物的书写形式不同式不同3、

8、氧化还原反应得失电子守恒、氧化还原反应得失电子守恒:4、负极负极+ 正极正极=总反应总反应燃燃 料料 电电 池池介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-氢氧燃料电池氢氧燃料电池 (1)电极电极:惰性电极（石墨或惰性电极（石墨或Pt）(2)电解质溶液电解质溶液固体燃料电池固体燃料电

9、池介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2 - 4e- +2O2= 2H2O O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 原电池原理的应用原电池原理的应用1.1.比较金属的活泼性比较金属的活泼性 构建原电池，测出正负极，构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性正极金属负极金属活泼性正极金属【例例】把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，

10、电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生极上产生大量气泡，大量气泡，b、d相连时，相连时，d质量减轻，则四种金属质量减轻，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为：的活动性顺序由强到弱的为： ( )Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B2.加快某些化学反应的反应速率加快某些化学反应的反应速率氧化还原反应一经设计成原电池，反应速率氧化还原反应一经设计成原电池，反应速率会大大加快会大大加快原电池原理的应用原电池原理的应用答：答： 加热；加热； 加入加入Cu或或CuSO4、CuCl2等。等。适当增大适当增大硫酸的浓度；硫酸的浓度；锌粒换用锌粉；锌粒换用锌粉；

11、 纯锌换用粗锌；纯锌换用粗锌；【例例1】为了加快锌与稀硫酸反应制取氢气的速率，为了加快锌与稀硫酸反应制取氢气的速率， 可采取哪些措施？可采取哪些措施？原电池原理的应用原电池原理的应用3.3.制做化学电源制做化学电源从理论上讲，自发进行的从理论上讲，自发进行的放热的氧化还放热的氧化还原反应原反应均可设计成原电池均可设计成原电池【例例1】在理论上下列反应中可设计成原电池在理论上下列反应中可设计成原电池 的是（）的是（） A C(s)H2O(g)CO(g)H2(g) H0 B Ba(OH)28H2O(s)NH4Cl(s)BaCl2(aq) 2NH3H2O(l)8H2O(l) H0 C CaC2(s)

12、2H2O(l)Ca(OH)2(s)C2H2(g) H0 D CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l) H0 D【练习练习】请根据反应请根据反应 2I- + 2Fe3+ = 2Fe2+I2设计一个原电池，画出装置图，写出电设计一个原电池，画出装置图，写出电极反应式极反应式负极：负极：Fe2e-Fe2+正极：正极：2Fe3+2e-2 Fe2+电解质溶液：电解质溶液： FeCl3溶液溶液 FeFeCl2FeCl3C普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 镍镍镉镉电电池池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 镍氢电池镍氢电池 锂电池锂电池常见化学电源常见

13、化学电源纽扣电池纽扣电池用途广泛的电池用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池纽扣电池纽扣电池最小燃料电池直径只有3毫米1.锌银钮扣电池锌银钮扣电池正极：正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH负极：负极：Zn +2OH-2e- =ZnO+H2O总反应：总反应： Zn+Ag2O=ZnO+2Ag电极分别为电极分别为Ag2O和和Zn电解质溶液为电解质溶液为KOH化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池等氢

14、氧燃料电池等锂离子电池锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池化学电池的分类化学电池的分类干电池负极：负极：Zn 2e- - = Zn2+（负极）（负极）（正极）（正极）2NH4 4+ 2e- = 2NH3+H2总反应：总反应：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2正极：正极：锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等2、普通干电池普通干电池其他干电池：其他干电池：碱性锌碱性锌- -锰干电池

15、、锰干电池、银银- -锌纽扣电池等锌纽扣电池等优点：优点：携带方便携带方便缺点：缺点：电量小，污染大电量小，污染大3、碱性锌、碱性锌-锰干电池锰干电池电解质：电解质：KOH负极：负极：ZnZnZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2正极：正极：MnOMnO2 22MnO2+2H2O+2e- = 2MnOOH+2OH-缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电和连续放电电池反应：电池反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2单

16、位质量的电极材单位质量的电极材料放出电能的大小料放出电能的大小可充电电池也称为可充电电池也称为_电池，电池，可以反复可以反复_电和电和_电，电，是电池发展的一个重要方向。是电池发展的一个重要方向。二次二次放放充充铅蓄电池铅蓄电池锂电池锂电池二次电池 铅蓄电池放电过程放电过程负极：负极：氧化反应氧化反应 Pb+SO42-2e-=PbSO4正极：正极：还原反应还原反应 PbO2+4H+SO42-+2e-=2PbSO4 +2H2O充电过程充电过程阴极阴极( (接电源负极接电源负极) )：还原反应还原反应 PbSO4+2e-=Pb+SO42-阳极阳极( (接电源正极接电源正极) )：氧化反应氧化反应

17、2PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42-Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电放电过程总反应：放电过程总反应： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O充电过程总反应：充电过程总反应： 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 铅蓄电池铅蓄电池用途：用途：优点：优点：主要缺点：主要缺点：电动自行车、汽车、发电站等都要用到它电动自行车、汽车、发电站等都要用到它可重复使用、电压稳定、使用方便、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉安全可靠、价格低廉比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境 燃

18、料电池燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的是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。（氢气、化学能直接转换成电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池） 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 酸性酸性电解解质：碱性碱性电解解质负极极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O正极正极: O2+2H2O+4e-=4OH-总反反应: 2H2+O2=2H2O负极：负极： 2H2-4e-=4H+正极：正极： O2+4H+4e-=2H2O总反应：总反应：2H2+O2=2H2O【例例2】有人将铂丝插入氢氧化钾溶液中作电极，并有人将铂丝插入氢氧化钾溶液中作电极，并在

19、两极片上分别通甲烷和氧气形成电池，从而设计出在两极片上分别通甲烷和氧气形成电池，从而设计出一种燃料电池。该电池中通甲烷的铂丝为一种燃料电池。该电池中通甲烷的铂丝为 极，发极，发生的电极反应为生的电极反应为 。该电池工作时（放电）反应的总化学方程式为。该电池工作时（放电）反应的总化学方程式为 。电池工作时溶液的。电池工作时溶液的pH值将值将 （填（填“不变不变”、“变小变小”、“变大变大”）。）。 负负CH410OH8eCO327H2OCH42O22KOHK2CO33H2O变小变小（）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。（）易维护，可

20、在各种环境下工作。判断电池优劣的标准判断电池优劣的标准 （）比能量 符号(Wh/kg)，(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（）比功率符号是W/kg，W/L)指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小（3）电池的储存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。化学电池优点化学电池优点民用军用动力电池动力电池电池的应用电池的应用二次储能电池应用方向移动电站移动电站小型蓄电小型蓄电杀虫灯太阳能蓄电器太阳能路灯草坪灯发电辅助电站发电辅助电站固体氧化物燃料固体氧化物燃料电池是以固体氧化池是以固体氧化锆氧化氧化钇为电解解质，这种固体种固体电解

21、解质在高温下允在高温下允许氧离子（氧离子（O2）在其）在其间通通过，该电池的工作原理如池的工作原理如图所示，其中多孔所示，其中多孔电极极a、b均不参与均不参与电极反极反应。下列判断正确的是（。下列判断正确的是（ ） A有有O2参加反参加反应的的a极极为电池的池的负极极Bb极的极的电极反极反应为：H2 - 2e- =2H+Ca极的极的电极反极反应为：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-D电池的池的总反反应式式为：2H2 + O2 2H2O减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源琼脂脂简介介琼脂琼脂,学名琼胶学名琼胶, 又名洋菜又名洋菜,冻粉冻粉,燕菜精燕菜精,洋粉洋粉,寒天。寒天。琼

22、脂是琼脂是由海藻中提取的多糖体由海藻中提取的多糖体，是目前世界上用途最广泛的海藻，是目前世界上用途最广泛的海藻胶之一。用藻类制成的琼脂是半透明、无定形的粉末、薄胶之一。用藻类制成的琼脂是半透明、无定形的粉末、薄片或颗粒。琼脂不溶於冷水，能吸收相当本身体积片或颗粒。琼脂不溶於冷水，能吸收相当本身体积20倍的倍的水。易溶於沸水，稀释液在水。易溶於沸水，稀释液在42仍保持液状，但在仍保持液状，但在37凝凝成紧密的胶冻。成紧密的胶冻。琼脂为细胞壁的组成成分，含有复杂的碳琼脂为细胞壁的组成成分，含有复杂的碳水化合物、钙与硫酸盐水化合物、钙与硫酸盐。琼脂用于食品中能明显改变食品的品质，提高食品的档次。琼脂用于食品中能明显改变食品的品质，提高食品的档次。可用作增稠剂可用作增稠剂, ,凝固剂凝固剂, ,悬浮剂悬浮剂, ,乳化剂乳化剂, ,保鲜剂和稳定剂保鲜剂和稳定剂. .广泛用于制造粒粒橙及各种饮料广泛用于制造粒粒橙及各种饮料, ,果冻果冻, ,冰淇淋冰淇淋, ,糕点糕点, ,软糖软糖, ,罐头罐头, ,肉制品肉制品, ,八宝粥八宝粥, ,银耳燕窝银耳燕窝, ,羹类食品羹类食品, ,凉拌食品等等凉拌食品等等. .琼脂在化学工业琼脂在化学工业, ,医学科研医学科研, ,可作培养基可作培养基, ,药膏基及其他用药膏基及其他用途。途。