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1、第三节化学能转化为电能电池第1页，共37页，编辑于2022年，星期二1通通过过对对铜铜锌锌原原电电池池的的分分析析，使使学学生生了了解解原原电电池池的的工工作作原原理理，根根据据电电流流的的方方向向判判断断原原电电池池的的正正极极和和负负极极，并并知知道道电电极极反反应应的概念的概念2通通过过学学习习三三种种重重要要的的化化学学电电源源，使使学学生生了了解解原原电电池池的的实实际应际应用用3通通过过分分析析铜铜铁铁接接触触处处形形成成原原电电池池的的例例子子，使使学学生生理理解解金属腐金属腐蚀蚀的的电电化学原理以及防化学原理以及防护护措施措施 第2页，共37页，编辑于2022年，星期二笃学一笃
2、学一 原电池原理原电池原理1.原电池的定义和实质原电池的定义和实质电电化学上将化学上将 能能转转化化为为能能的的装装置置称称为为原原电电池池，其其实质实质是利用能是利用能进进行的氧化行的氧化还还原反原反应应把把 能能转转化化为为能。能。第第1课时原电池的工作原理及常见化学电源课时原电池的工作原理及常见化学电源化学化学电电自自发发化学化学电电第3页，共37页，编辑于2022年，星期二2铜锌原电池装置及实验现象分析铜锌原电池装置及实验现象分析(1)装置装置第4页，共37页，编辑于2022年，星期二(2)实现现实现现象象(3)实验实验分析分析减少减少 减少减少 增加增加 增加增加 Zn极极Cu极极电
3、电子流向子流向由由 极流向极流向 极极电电子得失子得失Zn失失电电子子溶液中溶液中Cu2得得电电子子电电极名称极名称 极极 极极能量能量转转化化 能能转转化化为为 能能Zn Cu 负负 正正 化学化学 电电 第5页，共37页，编辑于2022年，星期二3.原电池的工作原理原电池的工作原理外外电电路中路中电电子由子由极流向极流向极极；内内电电路路(电电解解质质溶溶液液)中阴离子移向中阴离子移向极，阳离子移向极，阳离子移向极极；电电子子发发生生定定向向移移动动从而形成从而形成电电流，流，实现实现了了能向能向 能的能的转转化。化。正正负负化学化学电电正正负负第6页，共37页，编辑于2022年，星期二笃
4、学二笃学二 化学电源化学电源1.常见化学电源常见化学电源(1)锌锰锌锰干干电电池池(一次一次电电池池)负负极极(锌锌)发发生的反生的反应应：，正极正极(石墨石墨)：2NH42e=2NH3H2，电电池反池反应应：。(2)铅铅蓄蓄电电池池(二次二次电电池池)负负极：极：，正极：正极：PbO2SO424H2e=PbSO42H2O，总总反反应为应为：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。Zn2e=Zn2Zn2NH4=Zn22NH3H2PbSO422e=PbSO4第7页，共37页，编辑于2022年，星期二(3)氢氢氧燃料氧燃料电电池池电电解解质质溶溶液液是是KOH溶溶液液，在在负负极极通通入入
5、H2，正正极极通通入入O2，电电极反极反应为应为：负负极：极：，正极：正极：，总总反反应应：。2H24OH4e=4H2OO22H2O4e=4OH2H2O2=2H2O第8页，共37页，编辑于2022年，星期二2废旧电池的危害及处理废旧电池的危害及处理(1)危害危害废废弃弃电电池中的池中的和和等等有有害害物物质质会会造造成成土土壤壤和和水水污污染，会染，会对对生生态环态环境和人体健康造成很大危害。境和人体健康造成很大危害。(2)回收利用回收利用回收回收；回收回收；对对无用物无用物质质集中集中进进行行处处理。理。重金属重金属酸碱酸碱重金属重金属填充材料填充材料无害无害第9页，共37页，编辑于2022
6、年，星期二【慎思【慎思1】如何判断原如何判断原电电池的正池的正负负极？极？提提示示(1)由由组组成成原原电电池池两两极极的的电电极极材材料料判判断断。一一般般是是活活泼泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根根据据电电流流方方向向或或电电子子流流向向判判断断。电电流流是是由由正正极极流流向向负负极极；电子是由负极流向正极。电子是由负极流向正极。(3)根根据据原原电电池池里里电电解解质质溶溶液液内内离离子子的的定定向向移移动动方方向向判判断断。在在原原电电池池的的电电解解质质溶溶液液内内，阳阳离离子子移移向向的的极极是
7、是正正极极，阴阴离离子子移移向的极是负极。向的极是负极。(4)根根据据原原电电池池两两极极发发生生的的变变化化来来判判断断。原原电电池池的的负负极极总总是是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。第10页，共37页，编辑于2022年，星期二【慎思【慎思2】构成原电池的条件有哪些？构成原电池的条件有哪些？提提示示(1)活活泼泼性性不不同同的的两两个个电电极极(或或其其中中一一个个是是碳碳棒棒等等导导体体)。(2)同时插入电解质溶液中同时插入电解质溶液中(或熔融电解质或熔融电解质)。(3)用导线相互连接用导线相互连接(或接触或接触)形成闭
8、合电路。形成闭合电路。(4)能自发地发生氧化还原反应。能自发地发生氧化还原反应。【慎慎思思3】思思考考并并讨讨论论，铜铜锌锌原原电电池池中中盐盐桥桥的的作作用用是是什什么么？提提示示可可提提供供定定向向移移动动的的阴阴阳阳离离子子，使使由由它它连连接接的的两两溶溶液液保保持持电电中中性性，盐盐桥桥保保障障了了电电子子通通过过外外电电路路从从锌锌到到铜铜的的不不断断转转移移，使使锌锌的的溶溶解解和和铜铜的的析析出出过过程程得得以以继继续续进进行行。导导线线的的作作用用是是传传递递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。第11页，共37页，编辑于
9、2022年，星期二【慎思【慎思4】可充可充电电电电池的反池的反应应是可逆反是可逆反应吗应吗？提提示示可可充充电电电电池池有有充充电电和和放放电电两两个个过过程程，放放电电时时的的原原理理是是原原电电池池，充充电电时时的的原原理理是是电电解解池池；放放电电时时的的负负极极反反应应和和充充电电时时的的阴阴极极反反应应，放放电电时时的的正正极极反反应应和和充充电电时时的的阳阳极极反反应应在在形形式式上上互互逆逆，因因此此总总反反应应在在形形式式上上也也是是互互逆逆的的，但但因因为为互互逆逆的的反反应应是在不同条件下进行的，所以并不属于可逆反应。是在不同条件下进行的，所以并不属于可逆反应。第12页，共
10、37页，编辑于2022年，星期二1原电池、电解池的工作原理比较原电池、电解池的工作原理比较原原电电池池电电解池解池定定义义把化学能把化学能转转化化为电为电能的装能的装置叫原置叫原电电池池将将电电能能转转化化为为化学能的装化学能的装置叫置叫电电解池解池形成条件形成条件两极并形成两极并形成闭闭合回路合回路电电解解质质溶液溶液自发的氧化还原反应自发的氧化还原反应电电源和两极源和两极电电解解质质溶液溶液形成闭合回路形成闭合回路两极名称两极名称正极：正极：电电子流入，子流入，发发生生还还原反原反应应负负极：极：电电子流出，子流出，发发生氧生氧化反化反应应阳极：阳极：连电连电源正极源正极发发生氧生氧化反化
11、反应应阴极：阴极：连电连电源源负负极极发发生生还还原反原反应应第13页，共37页，编辑于2022年，星期二第14页，共37页，编辑于2022年，星期二2.电极反应的书写电极反应的书写(1)一般一般电电极反极反应应式的式的书书写写第15页，共37页，编辑于2022年，星期二(2)复复杂电杂电极反极反应应式的式的书书写写如如书书写写CH4在酸性燃料在酸性燃料电电池中池中总总反反应应式式为为：CH42O2=CO22H2O正极反正极反应应式：式：2O28H8e=4H2O负负极反极反应应式：式：CH42H2O8e=CO28H第16页，共37页，编辑于2022年，星期二(3)注意注意问题问题书书写写电电极
12、极方方程程式式时时一一定定要要考考虑虑电电解解质质溶溶液液的的酸酸碱碱性性，如如氢氢氧氧燃燃料料电电池池，在在酸酸性性溶溶液液中中，负负极极反反应应：H22e=2H；在碱性溶液中在碱性溶液中负负极反极反应为应为：2H24OH4e=2H2O。原原电电池池中中正正、负负极极的的电电极极反反应应式式作作为为一一种种特特殊殊的的离离子子方方程程式式，对对于于强强弱弱电电解解质质的的书书写写形形式式，没没有有严严格格的的规规定定，但但必必须须遵循原子守恒和遵循原子守恒和电电荷守恒荷守恒规规律。律。第17页，共37页，编辑于2022年，星期二【例例1】用用如如图图所所示示的的装装置置进进行行实实验验，反反
13、应应一一段段时时间间后后断断开开K，向向右右侧侧烧烧杯杯中中加加入入0.1 mol CuO后后CuSO4溶溶液液恰恰好好恢恢复复到到反反应应前的前的浓浓度，下列度，下列说说法中不正确的是法中不正确的是()。A铜铜棒棒为为正极，其正极，其电电极反极反应应式式为为2H2e=H2B烧烧杯右杯右侧侧碳棒碳棒为为阴极，其阴极，其电电极表面有极表面有红红色物色物质质析出析出C反反应应中消耗中消耗锌锌的的质质量量为为13 gD导线导线中通中通过电过电子的物子的物质质的量的量为为0.2 mol第18页，共37页，编辑于2022年，星期二解解析析左左侧侧装装置置为为ZnCuH2SO4原原电电池池，Zn为为负负极
14、极，Cu为为正正极极；右右侧侧装装置置为为用用惰惰性性电电极极电电解解CuSO4溶溶液液，左左侧侧碳碳棒棒为为阳阳极极，右右侧侧碳碳棒棒为为阴阴极极，有有铜铜析析出出。电电解解质质中中加加入入0.1 mol CuO恢恢复复原原状状态态，则则知知电电解解生生成成铜铜0.1 mol，转转移移电电子子0.2 mol，消耗消耗Zn 0.1 mol，质量为，质量为6.5 g。答案答案C第19页，共37页，编辑于2022年，星期二原电池的判断方法原电池的判断方法(1)先先分分析析有有无无外外接接电电源源，有有外外接接电电源源的的为为电电解解池池，无无外外接接电电源源的的可可能能为为原原电电池池，然然后后依
15、依据据原原电电池池的的形形成成条条件件分分析析判判断断，主主要要是是“四四看看”：看看电电极极两两极极为为导导体体且且存存在在活活泼泼性性差差异异(燃燃料料电电池池的的电电极极一一般般为为惰惰性性电电极极)；看看溶溶液液两两极极插插入入溶溶液液中中；看看回回路路形形成成闭闭合合回回路路或或两两极极直直接接接接触触；看看本本质质有有无无氧氧化化还还原原反反应发生。应发生。(2)多多池池相相连连但但无无外外接接电电源源时时，两两极极活活泼泼性性差差异异最最大大的的一一池池为原电池，其他各池可看作电解池。为原电池，其他各池可看作电解池。第20页，共37页，编辑于2022年，星期二【体体验验1】固固体
16、体氧氧化化物物燃燃料料电电池池是是由由美美国国西西屋屋公公司司研研制制开开发发的的，它它以以固固体体氧氧化化锆锆氧氧化化钇钇为为电电解解质质，这这种种固固体体电电解解质质在在高高温温下下允允许许氧氧离离子子(O2)在在其其间间通通过过，该该电电池池的的工工作作原原理理如如图图所所示示，其其中中多多孔孔电电极极a、b均均不不参参与与电电极极反反应应，下下列列判判断断正正确确的的是是()。第21页，共37页，编辑于2022年，星期二答案答案D第22页，共37页，编辑于2022年，星期二1原电池的设计原电池的设计构成原构成原电电池的基本条件，是池的基本条件，是进进行原行原电电池池设计设计的基本依据。
17、的基本依据。从从理理论论上上讲讲，任任何何一一个个自自发发的的氧氧化化还还原原反反应应，都都可可以以设设计计成原成原电电池。但关池。但关键键是是选择选择合适的合适的电电解解质质溶液和两个溶液和两个电电极。极。(1)电电解解质质溶液的溶液的选择选择电电解解质质是是使使负负极极在在其其中中放放电电的的物物质质，因因此此电电解解质质溶溶液液一一般般要要能能够够与与负负极极发发生生反反应应，或或者者电电解解质质溶溶液液中中溶溶解解的的其其他他物物质质(如如空空气气中中的的氧氧气气)能能与与负负极极发发生生反反应应。但但如如果果两两个个半半反反应应分分别别在在两两个个容容器器中中进进行行(中中间间连连接
18、接盐盐桥桥)，则则左左右右两两个个容容器器中中的的电电解解质质溶溶液液选择选择与与电电极材料相同的阳离子。极材料相同的阳离子。第23页，共37页，编辑于2022年，星期二(2)电电极材料的极材料的选择选择在在原原电电池池中中，选选择择还还原原性性较较强强的的物物质质作作为为负负极极；氧氧化化性性较较强强的的物物质质作作为为正正极极。并并且且，原原电电池池的的电电极极必必须须导导电电。电电池池中中的的负负极极必必须须能能够够与与电电解解质质溶溶液液或或电电解解质质溶溶液液中中溶溶解解的的其其他他物物质质反反应应，容易失去，容易失去电电子，因此子，因此负负极一般是活极一般是活泼泼的金属材料。的金属
19、材料。第24页，共37页，编辑于2022年，星期二第25页，共37页，编辑于2022年，星期二第26页，共37页，编辑于2022年，星期二【例例2】依依据据氧氧化化还还原原反反应应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)，设计设计一个最一个最简单简单的原的原电电池。池。(1)在在 下下 边边 方方 框框 内内 画画 出出 实实 验验 装装 置置 图图，并并 指指 出出 正正 极极 为为_，电电极极反反应应式式为为_；负负极极为为_，电电极极反反应应式式为为_。第27页，共37页，编辑于2022年，星期二(2)该该反反应应还还可可设设计计成成能能量量转转化化效效率率更更高高的的原原
20、电电池池装装置置，如如图图所示：所示：请请回答下列回答下列问题问题：电电极极X的的材材料料是是_，Y的的材材料料是是_，电电解解质质溶液溶液Z是是_。盐盐桥桥的的作作用用是是_。外外电电路中的路中的电电子是从子是从_电电极流向极流向_电电极。极。第28页，共37页，编辑于2022年，星期二解解析析本本题题考考查查原原电电池池的的原原理理和和设设计计，解解题题时时应应明明确确设设计计思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。根根据据已已知知的的氧氧化化还还原原反反应应设设计计原原电电池池的的思思路路是是：首首先先将将已已知知的的反反应应拆拆成成两两个个半半反反应应(
21、即即氧氧化化反反应应和和还还原原反反应应)：Cu2e=Cu2，2Ag2e=2Ag；然然后后结结合合原原电电池池的的电电极极反反应应特特点点，分分析析可可知知，该该电电池池的的负负极极应应该该用用Cu作作材材料料，正正极极要要保保证证Ag得得到到负负极极失失去去的的电电子子，电电解解质质溶溶液液只只能能用用含含Ag的的电电解解质质溶溶液液，如如AgNO3溶液。而正极材料的活泼性比溶液。而正极材料的活泼性比Cu弱。弱。在在带带盐盐桥桥的的原原电电池池组组成成半半电电池池时时，注注意意电电极极材材料料与与溶溶液液中中的离子一般要相对应，如的离子一般要相对应，如Cu2/Cu或或Ag/Ag。第29页，共
22、37页，编辑于2022年，星期二答案答案(1)实验装置图如图：实验装置图如图：Pt(合合理理即即可可)2Ag2e=2AgCuCu2e=Cu2(2)CuAgAgNO3将将两两个个隔隔离离的的电电解解质质溶溶液液连连接接起起来来，可可使使电电流流持持续续传传导导CuAg第30页，共37页，编辑于2022年，星期二剖析原电池的设计过程：剖析原电池的设计过程：第31页，共37页，编辑于2022年，星期二【体体验验2】燃燃料料电电池池是是燃燃料料(例例如如CO、H2、CH4等等)跟跟氧氧气气或或空空气气反反应应，将将此此反反应应的的化化学学能能转转化化为为电电能能的的装装置置，电电解解质质通通常常是是K
23、OH溶溶液液。则则下下列列关关于于甲甲烷烷燃燃料料电电池池的的说说法法正正确确的的是是()。A负负极反极反应应式式为为：CH410OH8e=CO327H2OB负负极反极反应应式式为为：O22H2O4e=4OHC随着反随着反应进应进行，行，电电解解质质溶液碱性不溶液碱性不变变D该该电电池池的的总总反反应应与与甲甲烷烷燃燃烧烧的的反反应应方方程程式式相相同同，反反应应式式为为：CH42O2=CO22H2O第32页，共37页，编辑于2022年，星期二解解析析本本题题考考查查燃燃料料电电池池的的反反应应原原理理、电电极极反反应应式式的的书书写写等等知知识识。对对于于该该燃燃料料电电池池，负负极极CH4
24、失失电电子子被被氧氧化化，其其中中产产物物之之一一应应是是CO2，但但在在KOH溶溶液液中中，一一定定会会变变为为CO32。故故电电极极即即可可得得到到总总反反应应式式为为：CH42OH2O2=CO323H2O。可可见随着反应的进行，电解质溶液中见随着反应的进行，电解质溶液中OH的浓度不断减小。的浓度不断减小。答案答案A第33页，共37页，编辑于2022年，星期二实验探究四原电池原理的应用实验探究四原电池原理的应用判断金属活泼性判断金属活泼性【案案例例】某某校校化化学学研研究究性性学学习习小小组组欲欲设设计计实实验验验验证证Fe、Cu的的金金属属活活动动性性，他他们们提提出出了了以以下下两两种
25、种方方案案。请请你你帮帮助助他他们们完完成成有有关关实验项实验项目：目：方方案案：有有人人提提出出将将大大小小相相等等的的铁铁片片和和铜铜片片，分分别别同同时时放放入入稀稀硫硫酸酸(或或稀稀盐盐酸酸)中中，观观察察产产生生气气泡泡的的快快慢慢，据据此此确确定定它它们们的的活活动动性性。该该原原理理的的离离子子方方程程为为_。第34页，共37页，编辑于2022年，星期二方方案案：有有人人利利用用Fe、Cu作作电电极极设设计计成成原原电电池池，以以确确定定它它们们的的活活动动性性。试试在在下下面面的的方方框框内内画画出出原原电电池池装装置置图图，标标出出原原电电池池的的电电极材料和极材料和电电解解
26、质质溶液，并写出溶液，并写出电电极反极反应应式。式。正极反正极反应应式：式：_；负负极反极反应应式：式：_。方案方案：结结合你所学的知合你所学的知识识，帮助他，帮助他们们再再设计设计一个一个验证验证Fe、Cu活活动动性性的的简简单单实实验验方方案案(与与方方案案、不不能能雷雷同同)：_，用用离离子子方方程程式式表表示示其其反反应应原原理理：_。第35页，共37页，编辑于2022年，星期二解解析析比比较较或或验验证证金金属属活活动动性性方方案案有有很很多多，可可以以利利用用金金属属与与酸酸反反应应的的难难易易来来判判断断或或验验证证；也也可可以以利利用用原原电电池池原原理理，负负极极是较活泼的金属；也可以利用金属单质间的置换反应来完成。是较活泼的金属；也可以利用金属单质间的置换反应来完成。第36页，共37页，编辑于2022年，星期二单击此处进入单击此处进入 活页规范训练活页规范训练第37页，共37页，编辑于2022年，星期二