原电池和化学电源.ppt

第一节原电池,一、原电池,1、定义：,将化学能直接转变成电能的装置。,4、原电池原理：,2、原电池反应的本质是:,氧化还原反应,3、原电池组成条件,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形成闭合回路,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极,经外电路,SO42-,H+,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,盐桥的作用：,维持溶液电中性形成闭合回路,电解质溶液发生还原反应且起导电作用,负极液只起导电作用正极液发生还原反应且起导电作用,负极-锌片正极-铜片,负极：Zn2e-Zn2+,正极：Cu2+2e-Cu,双液原电池的优点：1、能量转化率高2、能产生持续稳定的电流3、防止自放电,5、原电池正负极的判断,5.根据电极现象来判断,4.根据电解质溶液离子移动的方向判断,3.根据电极反应类型判断,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子(电流)流动的方向判断,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,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。,不断溶解，质量减少为负极；有气体产生,质量增加为正极。,acdb,练习：1、把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极产生大量气泡，b、d相连时，溶液中的阳离子向b极移动。则四种金属的活泼性顺序为：,判断下列原电池的正负极,2H+2e-H2,负极：,总反应：,正极：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,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。负极是氧化反应的部分，正极是还原反应的部分。,电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应式的一切规则,6、电极反应式,练习：1、判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,Cu,FeCl3溶液,负极：Cu-2e-=Cu2+正极：2Fe3+2e-=2Fe2+,先写出总反应,拆成离子方程式：,Cu+2Fe3=Cu2+2Fe2,根据化合价升降判断正负极,C,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,2)、请写出右边原电池的电极方程式。,总反应方程式：,负极：Al，失e-2Al-6e2Al3+,2Al3+8OH-=2AlO2-+4H2O,负极：2Al+8OH-6e-2AlO2-+4H2O,正极：总反应负极反应,6H2O6e6OH3H2,拆成离子方程式：,2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,第二课时,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。,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-+2H2O4OH-当电解质为酸性环境时，正极的电极反应为：O2+4e-+4H+2H2O,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O22CO2+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O24e-=2O2-,3、最后写出燃料电池负极的电极反应负极的电极反应=总反应正极的电极反应,负极=总反应正极反应2H2-4e-+4OH-4H2O,正极:O2+2H2O+4e-4OH-,总反应：2H2+O22H2O,练习：以Pt为电极，电解质溶液为KOH溶液的氢氧燃料电池,作业：导练41页变式1、变式2,二、原电池原理的应用,加快反应速率：例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。,例题：X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图: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,制作化学电源,三、原电池的设计,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分？,揭示钢铁腐蚀的原因及防腐的办法。,1、根据电池反应写出电极反应2、选择电极材料两种活性不同的金属金属非金属惰性电极3、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相同的阳离子，正极电解液要含有参与正极反应的阳离子,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。Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,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+2Ag2Fe3+Fe=3Fe2+,课堂练习,第二节化学电源,1.干电池,（一次性电池，不可逆）,为了充分有效地利用锌锰电池，用KOH代替NH4Cl，制成了碱性电池，能提高性能，延长寿命,正极：碳棒,负极：锌筒,电解质：糊状NH4Cl,NH4Cl显酸性，会腐蚀锌筒,Zn-2e-=Zn2+,2MnO22NH4+2eMn2O32NH3H2O,2.充电电池(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。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。,（1）铅蓄电池,负极：Pb,正极：PbO2,电解质：H2SO4溶液,Pb+SO42-2e-=PbSO4,PbO2SO42十4H+2ePbSO42H2O,1.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，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。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理性能。3.掌握充电时间一般情况下蓄电池都在夜间进行充电，平均充电时间在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。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瓶的失水量，而电瓶过度失水必然引发电瓶活性下降。,锂电池,（2）镍镉碱性蓄电池,负极：Cd,正极：NiO(OH),电解质：KOH,Cd是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收会污染环境,（3）新一代可充电的绿色电池锂离子电池特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。用途：电脑、手表、心脏起搏器等。,3、燃料电池,它的电极材料一般为铂电极和活性炭电极（两极均不参加反应），而是由外设备提供燃料和氧气。,工作原理：将燃料和氧化剂（O2）反应放出化学能直接转化为电能。,反应时燃料从负极进入，O2从正极进入。,氢氧燃料电池是以H2为燃料，产物为H2O的一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为铂电极和活性炭电极（两极均不参加反应），而是由外设备提供燃料和氧化剂，反应时H2从负极进入，O2从正极进入，电解质溶液一般为40%的KOH溶液或稀硫酸溶液。,负极：正极：总反应式：,当电解质溶液为稀H2SO4,2H2-4e-=4H+,O2+4H+4e-=2H2O,2H2+O2=2H2O,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,当电解质溶液为KOH溶液时,负极：正极：,练习1、甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），总反应：正极：负极：,练习2、用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，