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1、原电池和化学电源第1页，本讲稿共34页一、原电池一、原电池1 1、定义：、定义：将化学能直接转变成电能的装置。将化学能直接转变成电能的装置。4 4、原电池原理：、原电池原理：2 2、原电池反应的本质是、原电池反应的本质是:氧化还原反应氧化还原反应3 3、原电池组成条件、原电池组成条件能自发进行的（放热的）氧化还原反应能自发进行的（放热的）氧化还原反应两个电极和电解质溶液两个电极和电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路第2页，本讲稿共34页负极负极正极正极还原剂还原剂(Zn)失去电失去电子，发生氧化反应子，发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜极在铜极上得到电子，发上得到电子，发生还原反应生还原反应还
2、原剂失去的还原剂失去的电子从锌极流电子从锌极流出出流入铜极流入铜极经经外电路外电路SO42-H+内电路内电路第3页，本讲稿共34页判断下列哪些装置构成了原电池？判断下列哪些装置构成了原电池？盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液第4页，本讲稿共34页盐桥的作用：盐桥的作用：维持溶液电中性维持溶液电中性形成闭合回路形成闭合回路第5页，本讲稿共34页电解质溶液发生电解质溶液发生还原反应且起导还原反应且起导电作用电作用负极液只起导电作用负极液只起导电作用正极液发生还原反应正极液发生还原反应且起导电作用且起导电作用双液原电池双液原电池电解质溶电解质溶液的作用液的作用单液原电池单液原电池电极电极电极反应电
3、极反应负极负极-锌片锌片正极正极-铜片铜片负极：负极：Zn Zn 2e 2e-Zn Zn2+2+正极正极：CuCu2+2+2e-+2e-Cu Cu双液原电池的优点：双液原电池的优点：1、能量转化率高、能量转化率高2、能产生持续稳定的电、能产生持续稳定的电流流3、防止自放电、防止自放电第6页，本讲稿共34页5 5、原电池正负极的判断、原电池正负极的判断5.5.根据电极现象来判断根据电极现象来判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子根
4、据电子(电流电流)流动的方向判断流动的方向判断 一般是活泼的金属为负极一般是活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活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极电子是由负极流向正极。电子是由负极流向正极。电流是由正极流向负极；电流是由正极流向负极；原电池的负极自身失电子发生氧化反应，原电池的负极自身失电子发生氧化反应，正极溶液中的阳离子得电子发生还原反应。正极溶液中的阳离子得电子发生还原反应。阳离子阳离子正极正极阴离子阴离子负极负极不断溶解，质量减少为负极；不断溶解，质量减少为负极；有气体产生有气体产生,质量增加为正极。质量增加为正极。第7页，本讲稿共34页ac d b练习：练习：1、
5、把、把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。中，用导线两两相连组成原电池。若若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，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极产生大量气泡，极产生大量气泡，b、d相连时，溶液中的阳离子向相连时，溶液中的阳离子向b极移动。极移动。则四种金属的活泼性顺序为：则四种金属的活泼性顺序为：第8页，本讲稿共34页AMg Al 稀稀H2SO4ACu Al浓浓HNO3ACu Fe浓浓HNO3AMg Al NaoH溶液溶液判断下列原电池的正负极判断下列原电池的正负极第9页，本讲稿共34页2H2H+2e+2e-
6、H H2 2负极：负极：总反应：总反应：正极正极：ZnZn2e2e-ZnZn2+2+Zn+2HZn+2H+ZnZn2+2+H+H2 2根据氧化还原反应确定还原剂、氧化剂、还原产物和氧化产物。根据氧化还原反应确定还原剂、氧化剂、还原产物和氧化产物。以及转移电子的数目。以及转移电子的数目。负极是氧化反应的部分，正极是还原反应的部分。负极是氧化反应的部分，正极是还原反应的部分。电极反应是一种电极反应是一种离子反应离子反应，遵循书写离子反应式的一切规则，遵循书写离子反应式的一切规则6、电极反应式、电极反应式ZnCu稀硫酸稀硫酸稀硫酸稀硫酸A A第10页，本讲稿共34页练习：练习：1、判断右边原电池的正
7、、负极，、判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。并写出电极反应式。CuFeCl3溶液溶液负极：负极：Cu-2e-=Cu2+正极：正极：2Fe3+2e-=2Fe2+A先写出总反应先写出总反应拆成离子方程式：拆成离子方程式：Cu +2Fe3 =Cu2+2Fe2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极CCu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2第11页，本讲稿共34页2)、请请写出写出右边原电池的右边原电池的电极方程式。电极方程式。总反应方程式：总反应方程式：负极：负极：Al，失，失e e-2Al -6e 2Al3+2Al3+8OH-=2AlO2-+4H2O 负极：负极：2Al+8O
8、H-6e-2AlO2-+4H2O 正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应6H2O 6e 6OH 3H2拆成离子方程式：拆成离子方程式：2Al+2OH+2H2O =2AlO2+3H22Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2第12页，本讲稿共34页第二课时第二课时第13页，本讲稿共34页燃料电池的电极反应和总反应的书写步骤燃料电池的电极反应和总反应的书写步骤1、写出燃料电池总反应、写出燃料电池总反应总反应方程式仍是可燃物在氧气中燃烧的方程式总反应方程式仍是可燃物在氧气中燃烧的方程式。当然由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物可能还当然由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物可能还要与电解质溶液反应
9、，再写出燃烧产物与电解质要与电解质溶液反应，再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式，从而得到总反应方程式。溶液反应的方程式，从而得到总反应方程式。2、写出燃料电池正极的电极反应 燃料电池正极一般都是氧气得电子发生还原反应。当解质为碱性环境时，正极的电极反应为 O2+4e-+2H2O 4OH-当电解质为酸性环境时，正极的电极反应为：O2+4e-+4H+2H2O 第14页，本讲稿共34页当电解质为熔融的碳酸盐（如Li2CO3和Na2CO3熔融盐混和物）正极反应式为O2 2CO2+4e-=2CO32-当电解质为熔融氧化物（如固体氧化锆氧化钇）正极反应式应为O2 4e-=2O2-3 3、最后写出燃料电
10、池负极的电极反应、最后写出燃料电池负极的电极反应 负极的电极反应负极的电极反应=总反应总反应 正极的电极反应正极的电极反应第15页，本讲稿共34页负极负极=总反应总反应正极反应正极反应 2H2-4e-+4OH-4H2O 正极正极:O2+2H2O+4e-4OH-总反应：总反应：2H2+O22H2O练习：以练习：以Pt为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为 KOH溶液溶液的氢氧燃料电池的氢氧燃料电池作业：导练作业：导练4141页页 变式变式1 1、变式、变式2 2第16页，本讲稿共34页二、原电池原理的应用二、原电池原理的应用加快反应速率：加快反应速率：例如，实验室制例如，实验室制H2时，由于锌
11、太纯，反时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快以加快反应速率。反应速率。第17页，本讲稿共34页例题：例题：X X、Y Y、Z Z、W W四种金属片进入稀盐酸中四种金属片进入稀盐酸中,用导用导线连接线连接,可以组成原电池可以组成原电池,实验结果如下图实验结果如下图:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为ZYXW判断金属活动性的强弱判断金属活动性的强弱第18页，本讲稿共34页制作化学电源制作化学电源三、原电池的设计三、原电池的设计 什么样的化学反应可以设计成原电池？什么样的化学反应可以设计成原电池？原电池在设计的时候包括哪些部
12、分？原电池在设计的时候包括哪些部分？揭示钢铁腐蚀的原因及防腐的办法。揭示钢铁腐蚀的原因及防腐的办法。第19页，本讲稿共34页1 1、根据电池反应写出电极反应、根据电池反应写出电极反应2 2、选择电极材料、选择电极材料两种活性不同的金属两种活性不同的金属 金属金属非金属非金属 惰惰性电极性电极3 3、选择电解质溶液、选择电解质溶液单液原电池的电解质溶液要能够与负极发生单液原电池的电解质溶液要能够与负极发生反应（含有参与正极反应的阳离子）反应（含有参与正极反应的阳离子）双液原电池的负极电解液应有与负极材料双液原电池的负极电解液应有与负极材料相同的阳离子，正极电解液要含有参与正相同的阳离子，正极电解
13、液要含有参与正极反应的阳离子极反应的阳离子第20页，本讲稿共34页 根据以下反应设计一个能持续稳定产生电流的根据以下反应设计一个能持续稳定产生电流的 原电池装置，画出装置图。原电池装置，画出装置图。Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2AgAAgCuCu(NO3)2AgNO3AgCu(NO3)2ACu第21页，本讲稿共34页试将下列两个氧化还原反应分别设计成原电池试将下列两个氧化还原反应分别设计成原电池 Zn+2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag 2Fe3+Fe=3Fe2+课堂练习课堂练习第22页，本讲稿共34页第二节第二节化学电源化学电源第23页，本讲稿共34页1.干电池干电池（一次性电
14、池，不可逆）（一次性电池，不可逆）为了充分有效地利用锌锰电池，用为了充分有效地利用锌锰电池，用KOHKOH代替代替NHNH4 4ClCl，制成了，制成了碱性电池，能提高性能，延长寿命碱性电池，能提高性能，延长寿命正极正极：碳棒碳棒负极负极：锌筒锌筒电解质：糊状电解质：糊状NH4ClNH4Cl显酸性，会腐蚀锌筒显酸性，会腐蚀锌筒 Zn-2e-=Zn2+2MnO22NH4+2eMn2O32NH3H2O第24页，本讲稿共34页 2.2.充电电池充电电池(又称二次电池又称二次电池)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
15、向进行，使生成物恢复原状，如此充放电可循环进行，充电时又逆向进行，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。至一定周期后终止。充电电池是两极都参加反应的电池。它充电电池是两极都参加反应的电池。它们的负极是较活泼的金属，正极一般是金属氧化物。们的负极是较活泼的金属，正极一般是金属氧化物。（1 1）铅蓄电池）铅蓄电池负极：负极：Pb正极：正极：PbO2电解质：电解质：H2SO4溶液溶液Pb+SO42-2e-=PbSO4PbO2SO42十4H+2ePbSO42H2OPbPbO22H2SO4PbSO4十2H2O第25页，本讲稿共34页1.1.切忌亏电存放。亏电状态指电瓶使用后没及时充电
16、，容易出现硫酸切忌亏电存放。亏电状态指电瓶使用后没及时充电，容易出现硫酸盐化，硫酸铅结晶物附在极板上，堵塞电离子通道，造成充电不足，盐化，硫酸铅结晶物附在极板上，堵塞电离子通道，造成充电不足，电瓶容量下降。电瓶闲置不用时，应每月充电一次，这能延长电瓶使电瓶容量下降。电瓶闲置不用时，应每月充电一次，这能延长电瓶使用寿命。用寿命。2.2.勿大电流放电电动自行车在起步、载人、上坡时，最好用脚蹬助力，尽量勿大电流放电电动自行车在起步、载人、上坡时，最好用脚蹬助力，尽量避免瞬间大电流放电。大电流放电容易导致硫酸铅结晶，从而损害电瓶极板避免瞬间大电流放电。大电流放电容易导致硫酸铅结晶，从而损害电瓶极板的物
17、理性能。的物理性能。3.3.掌握充电时间一般情况下蓄电池都在夜间进行充电，平均充电时间掌握充电时间一般情况下蓄电池都在夜间进行充电，平均充电时间在在8 8小时左右。若是浅放电（充电后行驶里程很短），电瓶很快就会小时左右。若是浅放电（充电后行驶里程很短），电瓶很快就会充满，继续充电就会出现过充现象，导致电瓶失水、发热，降低电瓶充满，继续充电就会出现过充现象，导致电瓶失水、发热，降低电瓶寿命。寿命。4.4.防止高温曝晒电动车严禁在阳光下曝晒。温度过高的环境会使蓄电防止高温曝晒电动车严禁在阳光下曝晒。温度过高的环境会使蓄电池内部压力增加而使电瓶限压阀被迫自动开启，直接后果就是增加电池内部压力增加而使
18、电瓶限压阀被迫自动开启，直接后果就是增加电瓶的失水量，而电瓶过度失水必然引发电瓶活性下降。瓶的失水量，而电瓶过度失水必然引发电瓶活性下降。第26页，本讲稿共34页锂电池锂电池（2）镍镉碱性蓄电池）镍镉碱性蓄电池负极：负极：Cd正极：正极：NiO(OH)电解质：电解质：KOHCdCd是致癌物质，废弃镍镉电池如是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收会污染环境不回收会污染环境（3）新一代可充电的绿色电池）新一代可充电的绿色电池锂离子电池锂离子电池特点：特点：高能电池，电压高，高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。质量轻，贮存时间长等。用途用途：电脑、手表、：电脑、手表、心脏起搏器等。心脏起搏器等。第27
19、页，本讲稿共34页3 3、燃料电池燃料电池它它的的电电极极材材料料一一般般为为铂铂电电极极和和活活性性炭炭电电极极（两两极极均均不不参参加加反应反应），而是由外设备提供燃料和氧气。），而是由外设备提供燃料和氧气。工作原理：工作原理：将燃料和氧化剂（将燃料和氧化剂（O O2 2）反应放出化学能直接转化为）反应放出化学能直接转化为电能。电能。反应时反应时燃料从负极进入，燃料从负极进入，O2从正极进入从正极进入。第28页，本讲稿共34页氢氧燃料电池氢氧燃料电池是是以以H2为为燃燃料料，产产物物为为H2O的的一一种种高高效效低低污污染染的的新新型型电池，主要用于航天领域。电池，主要用于航天领域。它它的
20、的电电极极材材料料一一般般为为铂铂电电极极和和活活性性炭炭电电极极（两两极极均均不不参参加加反反应应），而而是是由由外外设设备备提提供供燃燃料料和和氧氧化化剂剂，反反应应时时H2从从负负极极进进入入，O2从从正正极极进进入入，电电解解质质溶溶液液一一般般为为40%的的KOH溶液或稀硫酸溶液。溶液或稀硫酸溶液。第29页，本讲稿共34页负极：负极：正极：正极：总反应式：总反应式：当电解质溶液为稀当电解质溶液为稀H H2 2SOSO4 42H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O2H2+O2=2H2O2H2+4OH-4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-当电解质溶液为当电解质溶液为
21、KOH溶液时溶液时负极：负极：正极：正极：第30页，本讲稿共34页练习练习1、甲烷燃料电池（电解质溶液为、甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），溶液），总反应：总反应：正极正极：负极：负极：练习练习2、用、用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得的混合气为阴极助燃气，制得在在650下工作的燃料电池，完成有关的反应：总反应：下工作的燃料电池，完成有关的反应：总反应：正极：正极：负极：负极：第31页，本讲稿共34页习题专练：习题专练：某原电池中盛有KOH浓溶液，若分别向_(填“正”或“负
22、”，下同)极通入可燃性气体，向_极通入O2，则电路中就有电流通过，试完成下列问题：可燃性气体正极反应负极反应电池总反应(1)H2S(2)CO(3)C2H4(4)C3H8(5)CH3OH(6)C2H5OH第32页，本讲稿共34页答案：负答案：负 正正正极反应负极反应电池总反应O24e-2H2O=4OH-H2S6e-8OH-=SO 32-5H2O 2H2S3O24OH=2SO32-4H2O CO2e4OH=CO 32-2H2O2COO24OH=2 CO 32-2H2OC2H412e16OH=2 CO 32-10H2OC2H43O24OH=2 CO 32-4H2OC3H820 e26OH=3 CO 32-+17H2OC3H85O26OH=3CO 32-7H2OCH3OH6 e8OH=CO 32-+6H2O 2CH3OH3O24OH=2CO 32-6H2OC2H5OH12e16OH=2 CO 32-+11H2O C2H5OH3O24OH=2 CO 32-5H2O第33页，本讲稿共34页思思 考考 题题请根据反应请根据反应 2Fe3+Fe =3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案设计原电池，你有哪些可行方案?Fe-CuFeCl3Fe-CFe(NO3)3Fe-AgFe(SO4)3第34页，本讲稿共34页