原电池课件选修4

1、2021/3/271 第四章第四章 电化学基础电化学基础 第一节第一节 原原 电电 池池 学习目标学习目标: :体验化学能转化为电能的探究体验化学能转化为电能的探究 过程过程; ; 1.1.了解原电池的工作原理和构成原电池的了解原电池的工作原理和构成原电池的 条件条件; ; 2.2.能够写出电极反应式和电池反应方程式能够写出电极反应式和电池反应方程式 . . 2021年年8月月11日星期三日星期三 2021/3/272 2021/3/273 原电池原电池 化学能转化为电能化学能转化为电能 2021/3/274 17801780年年, ,意大利生物学家伽伐尼用金意大利生物学家伽伐尼用金 属解剖刀

2、触动放在铜盘上的青蛙时属解剖刀触动放在铜盘上的青蛙时, , 已死去的青蛙竟然发生了抽搐。他做已死去的青蛙竟然发生了抽搐。他做 了几个实验了几个实验, , 1791年年,伽伐尼发表了伽伐尼发表了论肌论肌 肉中的肉中的生物电生物电论文论文,引起广泛关注。引起广泛关注。 善于质疑的意大利物理学家伏打善于质疑的意大利物理学家伏打, 提出了疑问提出了疑问,伏打用实验推翻了伽伏打用实验推翻了伽 伐尼的伐尼的肌肉中的肌肉中的生物电生物电结论结论 2021/3/275 在在1799年年,意大利意大利 的物理学家的物理学家伏打伏打发明发明 了世界上第一个电池了世界上第一个电池 伏打电池伏打电池,即原电即原电 池

3、。池。 为纪念他的伟大成为纪念他的伟大成 就就,科学界将他的姓简科学界将他的姓简 化成化成Volt（伏特伏特）,作作 为电压单位的命名。为电压单位的命名。 （伏打电池示意图）（伏打电池示意图） 意大利科学家意大利科学家 亚历山德罗亚历山德罗. .伏打伏打 (Alessandro Volta)(Alessandro Volta) （即原电池） 2021/3/276 伏打电池的发明源于一个有趣的生物实验伏打电池的发明源于一个有趣的生物实验: : 你知道其中的奥秘吗你知道其中的奥秘吗? ? 开开 题 题 2021/3/277 实验现象实验现象: 锌片上有气泡产生锌片上有气泡产生 而铜片上没有而铜片上

4、没有 活动与探究活动与探究 【实验一实验一】:将锌片、铜片插入稀硫酸将锌片、铜片插入稀硫酸,有何现象有何现象? 2021/3/278 实验现象实验现象: 电流计指针发生转电流计指针发生转, Cu片上有气泡产生片上有气泡产生 锌片逐渐溶解锌片逐渐溶解 实验二:将锌片和铜片用导线连接并串联一个 电流计,插入硫酸溶液中, 2021/3/279 问题一问题一:为什么在同一稀硫酸中为什么在同一稀硫酸中, ,锌片表锌片表 面有气泡面有气泡, ,而铜片表面上却没有呢而铜片表面上却没有呢? ? 问题二问题二:当锌片和铜片用导线相连当锌片和铜片用导线相连插入同一插入同一 稀硫酸稀硫酸, ,为什么铜片表面会有气泡

5、冒出呢为什么铜片表面会有气泡冒出呢? ? 思考与讨论思考与讨论 1.1.铜片上的气体是什么铜片上的气体是什么? ? 2.2.氢元素原来以什么形式存在氢元素原来以什么形式存在? ? 4. 4. 电子从何而来电子从何而来? ? 3. 3. 从电子得失角度分析从电子得失角度分析2H2H + +2e- H H2 2 ? H H2 2 化合态化合态 2021/3/2710 Zn-2e-=Zn2+ 2H+ +2e-=H2 还原剂还原剂(Zn)失去失去 电子电子,发生氧化发生氧化 反应反应 氧化剂氧化剂(H+)在铜在铜 极上得到电子极上得到电子,发发 生还原反应生还原反应 还原剂失去还原剂失去 的电子从锌的

6、电子从锌 极流出极流出 流入铜极流入铜极经外电路经外电路 Zn2+ H+ SO42- 分析与理解分析与理解 2021/3/2711 定义定义: :将化学能转化成电能的将化学能转化成电能的 一一: :认识原电池认识原电池 电 子 锌片锌片: :Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）（氧化反应） 铜片铜片: :2H+2e-=H2 （还原反应）（还原反应） 2021/3/2712 原电池的正负极的规定原电池的正负极的规定 负极负极:电子流出的一极电子流出的一极 正极正极:电子流入的一极电子流入的一极 正极（Cu） 负极（Zn） 电流电流 电子电子 2021/3/2713 Cu Zn 稀硫酸稀硫酸 -

7、- - Zn2+ H+ H+ 灯泡灯泡 负极 正极 2021/3/2714 电极反应电极反应 2H+2e =H2 负极负极:Zn 2e =Zn2+ 正极正极: 原原 电电 池池 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应 氧氧 化化 还还 原原 反反 应应 总反应总反应:Zn + 2H+ = Zn2+ + H2(离子方程式离子方程式) 失去电子失去电子 得到电子得到电子 Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2(化学方程式化学方程式) 2021/3/2715 【问题问题】 Cu Zn - 溶液中阴阳离子分别向哪一个电极运动溶液中阴阳离子分别向哪一个电极运动? Zn2+ Zn2+ Zn2+ Zn2

8、+ Zn2+ Zn2+ - - - - - - - - - - Zn2+ H+ SO42- 负极负极 正极正极 静电作用静电作用 2021/3/2716 【问题问题】 Cu Zn - 为什么为什么H+在铜片上得到电子在铜片上得到电子? Zn2+ Zn2+ Zn2+ Zn2+ Zn2+ Zn2+ - - - - - - - - - - Zn2+ H+ 负极负极 正极正极 静电静电 斥力斥力 静电静电 引力引力 2021/3/2717 Cu Zn- - - Zn2+ H+ H+ Zn2e =Zn2+ 2H+2e =H2 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应 负极负极 正极正极 电子沿导线传递电子沿导

9、线传递, ,产生电流产生电流 阳离子阳离子 失去电子失去电子溶液中阳离子溶液中阳离子 得到电子得到电子 阴离子阴离子 正极正极 负极负极 SO42- 二二 原电池工作原理原电池工作原理 较活泼金属较活泼金属 不活泼金属或石墨不活泼金属或石墨 把氧化反应和还原反应分开在不同区把氧化反应和还原反应分开在不同区 域进行域进行,电子的转移通过导线传递电子的转移通过导线传递,获获 得电流。得电流。 锌片不断溶解锌片不断溶解 有气泡生成有气泡生成 2021/3/2718 三三 原电池的正负极的判断方法原电池的正负极的判断方法 微观判断微观判断 （根据电子流动（根据电子流动 方向方向） 电子流出的极电子流出

10、的极 电子流入的极电子流入的极 负极负极 正极正极 较活泼的电极材料较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料 负极负极 正极正极 宏观判断宏观判断: 根据电极材料根据电极材料 根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应 负极负极 正极正极 发生氧化反应的极发生氧化反应的极 发生还原反应的极发生还原反应的极 2021/3/2719 根据电极现象根据电极现象:有气泡冒出或增重和减重有气泡冒出或增重和减重 根据电解质阴阳离子移动方向根据电解质阴阳离子移动方向: 有气泡冒出或增重的电极有气泡冒出或增重的电极 工作后工作后 质量减少的电极质量减少的电极 正极正极 负极负极 阳离子移

11、向正极阳离子移向正极,阴离子移向负极阴离子移向负极 2021/3/2720 2021/3/2721 （可以）（可以） （可以）（可以） （可以）（可以） （不可以）（不可以） 形成条件一形成条件一: 活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极 负极负极:较活泼的金属较活泼的金属 正极正极:较不活泼的金属、石墨等较不活泼的金属、石墨等 判断下列哪些装置能构成原电池。为什么判断下列哪些装置能构成原电池。为什么? 2021/3/2722 形成条件二形成条件二:电极需插进电解质溶液中电极需插进电解质溶液中; 2021/3/2723 形成条件三形成条件三:必须形成闭合回路必须形成闭合回路 2021/3/2

12、724 组成原电池的条件组成原电池的条件 （1）有两种活动性不同的金属（或）有两种活动性不同的金属（或 一一 种是非金属单质或金属氧化物）种是非金属单质或金属氧化物） 作电极。作电极。 （2）电极材料均插入电解质溶液中。）电极材料均插入电解质溶液中。 （3）两极相连形成闭合电路。）两极相连形成闭合电路。 （4）内部条件）内部条件:能自发进行氧化还能自发进行氧化还 原反应。原反应。 2021/3/2725 1. 在如下图所示的在如下图所示的8 8个装置中个装置中, ,属于原电池的有属于原电池的有 . . e 课堂练习课堂练习: : 2021/3/2726 (3) (4)(5)(6) (2)(1)

13、 H2SO4 (aq) ZnFe A A CuSO4 (aq) ZnZn CuSO4 (aq) A ZnCu A H2SO4 (aq) ZnC A 酒精酒精 ZnCu Zn Cu CuSO4 (aq)H2SO4 (aq) A (7) NaCl溶液溶液 2021/3/2727 A Zn Cu CuSO4 (aq) Zn+CuSOZn+CuSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+Cu, Zn+Cu+Cu, Zn+Cu2+ 2+ =Zn =Zn2+ 2+ +Cu +Cu 负极负极 Zn2e =Zn2+ 氧化反应氧化反应 锌片不断溶解锌片不断溶解 正极正极 Cu Cu2+ 2+2e +2e- -=Cu=

14、Cu （还原反应）（还原反应） 增重增重 2021/3/2728 Cu Fe 稀硫酸稀硫酸 巩固巩固 练习练习1 （1）说明反应的现象）说明反应的现象: （2）判断正负极）判断正负极 （3）写出电极反应式）写出电极反应式 （4）写出总反应的离子方程式和化学方程式。）写出总反应的离子方程式和化学方程式。 铜片上产生铜片上产生H2 正极正极:Cu 负极负极:Fe 负极负极 （Fe ）:Fe-2e-=Fe2+ 正极正极 (Cu): 2H+2e-=H2 Fe+2H+=Fe2+H2 Fe+H2SO4=FeSO4+H2 2021/3/2729 （1）将反应将反应:2FeCl3+Fe=3FeCl2设计成原设

15、计成原 电池。电池。 （2）判断正负极并写出电极反应。）判断正负极并写出电极反应。 石墨石墨Fe FeCl3溶液溶液 负极（铁）负极（铁）: Fe2e =Fe2+ 正极（石墨）正极（石墨）: 2Fe3+ + 2e =3Fe2+ 2021/3/2730 请根据氧化还原反应请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 设计成原电池。设计成原电池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案? 负极负极: 正极正极: 电解质溶液电解质溶液: Cu Cu 2e- = Cu2+ 比比Cu不活泼的金属或石墨不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO 4 )3

16、、FeCl3等等 试画出原电池的装置简图。试画出原电池的装置简图。 2021/3/2731 Cu Zn- - - Zn2+ H+ H+ Zn2e =Zn2+ 2H+2e =H2 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应 负极负极 正极正极 电子沿导线传递电子沿导线传递,产生电流产生电流 阳离子阳离子 失去电子失去电子溶液中阳离子溶液中阳离子 得到电子得到电子 阴离子阴离子 正极正极 负极负极 SO42- 3、原电池工作原理、原电池工作原理 较活泼金属较活泼金属 不活泼金属或石墨不活泼金属或石墨 把氧化反应和还原反应分开在不同区把氧化反应和还原反应分开在不同区 域进行域进行,获得电流。获得电流。 20

17、21/3/2732 提出问题提出问题: 右图是原电池右图是原电池,如果用它如果用它 做电源做电源,不但效率低不但效率低,而而 且时间稍长电流就很快减且时间稍长电流就很快减 弱弱,因此不适合实际应用因此不适合实际应用。 硫酸铜溶液硫酸铜溶液 这是什么原因造成的呢这是什么原因造成的呢?有没有什么改有没有什么改 进措施进措施? 2021/3/2733 造成的主要原因造成的主要原因: 由于锌片与硫酸铜溶液由于锌片与硫酸铜溶液直接直接接触接触,在不使用时在不使用时, 难以避免溶液中有铜离子在锌片表面难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接直接还还 原原,一旦有少量的铜在锌片表面一旦有少量的铜在锌片表面 析出

18、析出,即在负极（锌）表面也构成了原电池即在负极（锌）表面也构成了原电池, 加速铜在负极锌表面析出加速铜在负极锌表面析出,致使向外输出的电致使向外输出的电 流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后,不不 在构成原电池了在构成原电池了,也就没有电流在产生。也就没有电流在产生。 有什么改进措施有什么改进措施? 2021/3/2734 对锌铜原电对锌铜原电 池工作原理的进一步探究池工作原理的进一步探究 上面的上面的7号装置号装置,怎样才怎样才 能形成原电池呢能形成原电池呢? 2021/3/2735 为了避免发生这种现象为了避免发生这种现象,设计如下图（书设计如下图（书

19、P71图图4-1）所示的原电池装置）所示的原电池装置,你能解释它你能解释它 的工作原理吗的工作原理吗? 盐桥中通常装有含琼胶盐桥中通常装有含琼胶 的的KClKCl饱和溶液饱和溶液 此装置优点此装置优点: :能稳定长时能稳定长时 间放电间放电 2021/3/2736 工作原理工作原理 外电路外电路:Zn失去电子沿导线通过电流表进入失去电子沿导线通过电流表进入 铜片铜片 内电路内电路: Zn原子失去电子成为原子失去电子成为Zn2+进入溶液进入溶液,使使 ZnSO4溶液因溶液因Zn2+增加而带正电增加而带正电,盐桥中的盐桥中的 Cl-会移向会移向ZnSO4溶液溶液;同时同时Cu2+获得电子成获得电子

20、成 为金属沉淀在铜片上为金属沉淀在铜片上,使使CuSO4溶液因溶液因SO42- 相对增加而带负电相对增加而带负电,盐桥中的盐桥中的K+移向移向CuSO4 溶液溶液,从而形成闭合回路。从而形成闭合回路。 2021/3/2737 取出盐桥取出盐桥 Zn原子失去电子成为原子失去电子成为Zn2+进入溶进入溶 液液,使使ZnSO4溶液因溶液因Zn2+增加而带增加而带 正电正电;同时同时Cu2+获得电子成为金属获得电子成为金属 沉淀在铜片上沉淀在铜片上,使使CuSO4溶液因溶液因 SO42相对增加而带负电相对增加而带负电,这两种因这两种因 素均会阻止电子从锌片流向铜片素均会阻止电子从锌片流向铜片, 造成不

21、产生电流的现象。造成不产生电流的现象。 2021/3/2738 由于由于盐桥（如盐桥（如KClKCl）的存在）的存在,其中阴其中阴 离子离子ClCl- -移移向向ZnSOZnSO4 4溶液溶液,阳离子阳离子K K+ +移向移向 CuSOCuSO4 4溶液溶液,分别中和过剩的电荷分别中和过剩的电荷,保持溶保持溶 液的电中性液的电中性,因而放电作用不间断地进因而放电作用不间断地进 行行,从而原电池不断产生电流。从而原电池不断产生电流。 若电解质溶液与若电解质溶液与KClKCl溶液反应产生沉溶液反应产生沉 淀淀, ,可用可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。 2021/

22、3/2739 上述原电池装置上述原电池装置: 写出其中负极和正极的电极反应式以及该写出其中负极和正极的电极反应式以及该 电池的总反应方程式。电池的总反应方程式。 负极（锌片）负极（锌片）: Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反应）（氧化反应） 正极（铜片）正极（铜片）: Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）（还原反应） 电池反应（电池反应（总化学方程式总化学方程式）:Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 电池符号电池符号: Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极负极 盐桥盐桥 正极正极 2021/3/2740 1.1.组成组成两个半电池两个半电池, ,左左右两个烧杯中的

23、电解质溶右两个烧杯中的电解质溶 液应液应 与电极材料具有相同的与电极材料具有相同的阳阳离子离子。 盐桥的作用盐桥的作用 让溶液始终保持电中性让溶液始终保持电中性 代替两溶液直接接触代替两溶液直接接触 使两个烧杯中的溶液连成使两个烧杯中的溶液连成 一个通路一个通路 盐桥盐桥: :饱和饱和 KCl KCl 溶液溶液 ( (以琼以琼 胶制作成冻胶胶制作成冻胶) ) 原电池原电池 2021/3/2741 1.制作各种实用电池制作各种实用电池 2.判断金属活动性判断金属活动性 3.判断反应速率判断反应速率 4.金属腐蚀与防护金属腐蚀与防护 2021/3/2742 【思考思考】 有下列材料有下列材料: :

24、 ZnZn片、片、CuCu片、片、 导线、西红柿（或其它水果）导线、西红柿（或其它水果）, ,根据构根据构 成原电池的条件成原电池的条件, ,请大家推断一下能否请大家推断一下能否 组成原电池组成原电池? ? 2021/3/2743 （1）将反应将反应:2FeCl3+Fe=3FeCl2设计成原设计成原 电池。电池。 （2）判断正负极并写出电极反应。）判断正负极并写出电极反应。 石墨石墨Fe FeCl3溶液溶液 负极（铁）负极（铁）: Fe2e =Fe2+ 正极（石墨）正极（石墨）: 2Fe3+ + 2e =3Fe2+ 2021/3/2744 请根据氧化还原反应请根据氧化还原反应 : Cu +2

25、Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 设计成原电池。设计成原电池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案? 负极负极: 正极正极: 电解质溶液电解质溶液: Cu Cu 2e- = Cu2+ 比比Cu不活泼的金属或石墨不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO 4 )3、FeCl3等等 若是采用烧杯和盐桥装置图若是采用烧杯和盐桥装置图,采用的电解质溶液又是什采用的电解质溶液又是什 么么?试画出原电池的装置简图。试画出原电池的装置简图。 2021/3/2745 1.把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中四块金属片浸入稀硫酸中, 用导线两两相连组成原电池。若用导线两两相连

26、组成原电池。若a、b相连相连 时时,a为负极为负极;c、d相连时相连时,电流由电流由d到到c;a、c 相连时相连时,c极上产生大量气泡极上产生大量气泡,b、d相连时相连时,b 上有大量气泡产生上有大量气泡产生,则四种金属的活动性顺则四种金属的活动性顺 序由强到弱的为序由强到弱的为 ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B 2021/3/2746 原电池原理知识小结原电池原理知识小结 一:原电池的原理 1概念概念:化学能化学能转变为转变为电能电能的装置的装置 2、原电池的正负极判断、原电池的正负极判断 负极负极:电子流出的一极电子流出的一极,一般是较

27、活泼的金属一般是较活泼的金属 正极正极:电子流入的一极电子流入的一极,不活泼的金属或会不活泼的金属或会 导电的非金属材料导电的非金属材料 2021/3/2747 先决条件先决条件:必须能发生氧化还原反应必须能发生氧化还原反应,才考虑下面的才考虑下面的 条条 件件 两种两种不同不同的金属的金属 （或一种金属与（或一种金属与石墨石墨）作电极）作电极 用用导线导线相连（或相连（或直接接触直接接触） 插入插入电解质溶液电解质溶液里里,形成形成闭合闭合回路回路 金属能与电解质溶液自动发生金属能与电解质溶液自动发生氧化还原氧化还原反应反应 2021/3/2748 2021/3/2749 干电池干电池 纽扣

28、电池纽扣电池 锂电池锂电池 2021/3/2750 知识点知识点1:化学电池化学电池 1)概念概念:将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置 2)分类分类: 一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如如:干电池干电池 二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池 燃料电池燃料电池 3)优点优点: 4)电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准: 能量转换效率高能量转换效率高, ,供能稳定可靠。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, ,使使 用方便。用方便。 易维护易维护, ,可在各种环境下工作。可

29、在各种环境下工作。 比能量比能量 符号符号(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指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 比功率比功率 符号是符号是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指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短 2021/3/2751 1 1、干电池、干电池( (普通锌锰电池）普通锌锰电池） 干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作 负极负极, ,位于中央的顶盖有位于中央的顶盖有 铜帽的石墨作正极铜帽的石墨作正极, ,在石在石 墨周围填充墨周围填充NHNH4 4ClCl、

30、ZnClZnCl2 2 和淀粉作电解质溶液和淀粉作电解质溶液, ,还还 填充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2, , 防止产生极化现象。电极总的反应式为防止产生极化现象。电极总的反应式为: : Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O 一、一、 一次电池一次电池 2021/3/2752 写出写出锌锰干电池锌锰干电池的电极反应方程式。的电极反应方程式。 负极负极 正极正极 总反应总反应 通常我们可以通过干电池

31、的外观上的哪些变化判断它已经不能正通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正 常供电了常供电了?_我们在使用干电池我们在使用干电池 的过程中并没有发现有气体产生的过程中并没有发现有气体产生,请推测可能是干电池中的什么成请推测可能是干电池中的什么成 分起了作用分起了作用? Zn-2e-=Zn2+ 2NH4+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O 锌筒变软锌筒变软,电池表面变得不平整电池表面变得不平整 MnO2 ZnCl2 Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2

32、NH3 3+H+H2 2O O 优点优点:制作简单、价格便宜。制作简单、价格便宜。 缺点缺点:放电时间短放电时间短,电压下降快。电压下降快。 2021/3/2753 2、碱性锌、碱性锌-锰干电池锰干电池 KOHKOH 负极负极: : ( (- -) ) Zn Zn Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2 正极正极: : 2MnO2+2H2O+2e- = 2MnOOH+2OH- 缺点缺点:多数只能一次使用多数只能一次使用,不能充电不能充电;价格较贵价格较贵 优点优点:比能量和储存时间有所提高比能量和储存时间有所提高,适用于大电流适用于大电流 和连续放电和连续放电 电池总反应电池总反应

33、: : Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 ( (+ +) )MnOMnO2 2 2021/3/2754 3.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- =Zn(OH)2 总反应总反应: Zn+Ag2O + H2O =Zn(OH)2+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 2021/3/2755 2021/3/2756 铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍镉电池、 镍氢电池、锂离子电池镍氢电池、锂离子电池 1.铅蓄电池铅蓄电池 1)正负极材料正负极材料 正极正极

34、:PbO2负极负极:Pb 2)工作机制工作机制 电解质电解质:H2SO4溶液溶液 铅蓄电池为典型的可充电电池铅蓄电池为典型的可充电电池,其电极反应分为放电其电极反应分为放电 和充电两个过程和充电两个过程 二、二次电池二、二次电池 2021/3/2757 放电过程总反应放电过程总反应: Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) -2e- + SO42- =PbSO4 (s) 正极正极: PbO2(s) +2e- + 4H+SO42- =PbSO4 (s) +2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应 负极负极: 放电过程放电过程 铅蓄电池充电的反应则是

35、上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程 2021/3/2758 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l) (2)充电过程充电过程 PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 还原反应还原反应负极负极: 正极正极: PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H+ SO42- 氧化反应氧化反应 接电源负极接电源负极 接电源正极接电源正极 充电过程总反应充电过程总反应: 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 铅蓄电池的充放电过程铅蓄电池的充放电过程: 放电放电 充电充电

36、 负接负负接负 正接正正接正 2021/3/2759 3)优缺点简析优缺点简析 缺点缺点: 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 优点优点: 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、 价格低廉价格低廉 其它二次电池其它二次电池 镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂 离子蓄电池离子蓄电池 2021/3/2760 2 2、银锌蓄电池、银锌蓄电池 正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨，负极盖填充锌汞合和石墨，负极盖填充锌汞合 金，电解质溶液金，电解质溶液KOHKOH。反应式为

37、：。反应式为： 2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 写出电极反应式。写出电极反应式。 充电充电 放电放电 2021/3/2761 银银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充它的充 电和放电过程可以表示为电和放电过程可以表示为: 2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O 放电放电 充电充电 此电池放电时此电池放电时,负极上发生反应的物质是（负极上发生反应的物质是（ ） A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn D 电极反应电极反应: 负极负极:Zn-2e-+2OH-=Zn(

38、OH)2 正极正极:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH- 2021/3/2762 3 3、镉镍电池、镉镍电池 NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放电电 充电充电 负极材料负极材料: :CdCd; ; 正极材料正极材料: :涂有涂有NiONiO2 2, , 电解质电解质: :KOHKOH溶液。溶液。 反应式如下反应式如下: : 写出电极反应式。写出电极反应式。 2021/3/2763 镍镍镉可充电电池可发生如下反应镉可充电电池可发生如下反应: Cd+2NiO(OH)+2H2O 由此可知由此可知,该电池的负极材料是该电池的负极材料是 Cd(OH)2+2Ni(OH)

39、2 放电放电 充电充电 A. Cd （ A ） B. NiO(OH) D. Ni(OH)2C. Cd(OH)2 电极反应电极反应: 负极负极:Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极正极:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH- 2021/3/2764 大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池燃料电池是利用是利用氢气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃等燃 料与料与氧气或空气氧气或空气进行电化学反应时释放出来的进行电化学反应时释放出来的 化学能直接转化成电能的一类原电池。目前化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃燃 料电池的能量转化率可达近料电池的能量

40、转化率可达近80%,80%,约为火力发电约为火力发电 的的2 2倍倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。这是因为火力发电中放出的废热太多。 燃料电池的燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等废气废气 污染都接近零污染都接近零; ;燃料电池发明于燃料电池发明于1919世纪世纪3030年代末年代末, ,经经 反复试验、改进反复试验、改进, ,到到2020世纪世纪6060年代才开始进入实用阶年代才开始进入实用阶 段。第一代燃料电池的段。第一代燃料电池的 大致情况如下大致情况如下: : ( (三三) )燃料电池燃料电池 2021/3/2765 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 2021/

41、3/2766 电极电极: Pt制作的惰性电极制作的惰性电极,一个催化一个催化 转化元件转化元件 电解质溶液电解质溶液: KOH溶液溶液 负极负极: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 正极正极: O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 总反应总反应:2H2+ O22H2O 拓展创新拓展创新 若为酸性介质若为酸性介质,试写出电极反应式试写出电极反应式?思考思考: : 负极负极:2H2 - 4e- 4H+ 正极正极: O2+ 4H+ + 4e- 2H2O 新型燃料电池新型燃料电池(氢氧燃料电池氢氧燃料电池/ /甲烷电池甲烷电池/ / 煤气电池煤气电池/ /海水海水- -空气电池空气电池)

42、 ) 2021/3/2767 燃燃 料料 电电 池池 介质 电池反应: 2H2 + = 2H2O 酸性负极 正极 中性负极 正极 碱性负极 正极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 2021/3/2768 固体燃料电池固体燃料电池 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-=

43、2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2021/3/2769 1991年年,我国首创我国首创,用作海上标志灯。以海水为电用作海上标志灯。以海水为电 解液解液,靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。 负极负极:4A1-12e- 4A13+ 正极正极:3O2+6H2O+12e- 12OH- 电池总反应式为电池总反应式为:4A1+3O2+6H2O4A1(OH)3 这种海水电池比这种海水电池比“干电池干电池”的能量高的能量高2050倍。倍。 2021/3/2770 甲烷甲烷-氧燃料电池氧燃料电池 该电池用金属铂片插入该电池用金属

44、铂片插入KOH溶液中作电极溶液中作电极,又在两极又在两极 上分别通甲烷和氧气上分别通甲烷和氧气: 负极负极:CH4 + 10OH- - 8e- CO32- + 7H2O 正极正极:2O2 + 4H2O + 8e- 8OH- 电池总反应式为电池总反应式为:CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O 2021/3/2771 熔融盐燃料电池具有较高的发电效率熔融盐燃料电池具有较高的发电效率, ,因因 而受到重视而受到重视, ,可用可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔融盐的熔融盐 混合物作电解质混合物作电解质, ,COCO为阳极燃气为阳极燃气, ,空气与空气与 CO

45、CO2 2的混合气为阴极燃气的混合气为阴极燃气, ,制得在制得在6565下工下工 作的燃料电池作的燃料电池, ,完成有关的电池反应式完成有关的电池反应式: : 负极反应式负极反应式:2CO+4e+2CO:2CO+4e+2CO3 32- 2-=4CO =4CO2 2 正极反应式正极反应式: : 总反应式总反应式: : O2+4e-+2CO2=2CO32- 2CO+O2=2CO2 2021/3/2772 小结小结: 燃料电池的能量转化率很高燃料电池的能量转化率很高,氢氧燃料电池氢氧燃料电池 除能量转化率除能量转化率 高外还可持续使用高外还可持续使用,不污染环境。不污染环境。 一般的可燃物均可与一般

46、的可燃物均可与O2组成燃料电池组成燃料电池,如如H2、CO、CH4、 乙醇等。乙醇等。 燃料电池一般以碱性介质作电解液燃料电池一般以碱性介质作电解液,也可用酸性介质作电也可用酸性介质作电 解液解液,二者电极上应式是有区别的二者电极上应式是有区别的。如如甲烷甲烷-氧燃料电池氧燃料电池在在 酸性介质中的电极反应酸性介质中的电极反应为为: 负极负极:CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+ 正极正极:2O2 + 8H+ + 8e- 4H2O 总反应式为总反应式为:CH4 + 2O2 CO2+2H2O 2021/3/2773 五五.原电池的应用原电池的应用 (1)制作干电池、蓄电池、高能电

47、池等。制作干电池、蓄电池、高能电池等。 例例1.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便以便 完成下列反应完成下列反应: FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2. 画出原电池的示意图并画出原电池的示意图并 写出电极反应式写出电极反应式. 石墨石墨 Cu FeCl3溶液溶液 负极（铜）负极（铜）: Cu2e =Cu2+ 正极（石墨）正极（石墨）: 2Fe3+ + 2e =3Fe2+ 2021/3/2774 (2)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。 例例2.下列叙述中下列叙述中,可以说明金属甲比乙活泼性强的是可以说明金属甲比乙活泼性强的是 C.将甲乙作电

48、极组成原电池时甲是负极将甲乙作电极组成原电池时甲是负极; A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中,乙溶解乙溶解,甲甲 上有上有H2气放出气放出; B.在氧化在氧化还原反应中还原反应中,甲比乙失去的电子多甲比乙失去的电子多; D.同价态的阳离子同价态的阳离子,甲比乙的氧化性强甲比乙的氧化性强; （C） 2021/3/2775 (3)比较反应速率比较反应速率 例例3.下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是 C.粗锌和粗锌和 1mol/L 硫酸硫酸; A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸硫酸; B.纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸硫酸; D.粗锌和粗锌

49、和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴 CuSO4溶液。溶液。 （ D ） 2021/3/2776 (4)比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢 例例4.下列各情况下列各情况,在其中在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是 (5) (2)(1) (3) (4) 2021/3/2777 (5)判断溶液判断溶液pH值变化值变化 例例6.在在Cu-Zn原电池中原电池中,200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为 0.125mol/L , 若工作一段时间后若工作一段时间后,从装置中共收集到从装置中共收集到 0.168L升气体升气体,则流过导线的电子为则流过导线的电子为

50、_ mol, 溶液的溶液的pH值为值为_?（溶液体积变化忽略不计）（溶液体积变化忽略不计） 0.2 解得解得: y 0.015 (mol) x 0.015 (mol) 3.75 10 4(mol/L ) pH -lg3.75 10 4 4 -lg3.75 答答: 0.015 根据电极反应根据电极反应: 正极正极: 负极负极:Zn2e-Zn2+ 2H+2e- H2 得得: 2 2 22.4 x y 0.168 解解: 0.20.1252 c(H+)余 余 2H+ 2eH2 4 - lg3.75 0.015 2021/3/2778 六六.金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护 (1)判断下列装置是否为原

51、电池判断下列装置是否为原电池?若是若是, 指出电极名指出电极名 称并写出电极反应式。称并写出电极反应式。 (2)若将若将Fe棒棒C棒粉碎掺在一起制成一光亮的棒粉碎掺在一起制成一光亮的Fe C合金棒合金棒,插在插在HCl里里,则是否构成了原电池则是否构成了原电池?若是若是, 电极反应是什么电极反应是什么?长期放置长期放置,铁棒表面会有什么变铁棒表面会有什么变 化化? 2021/3/2779 (4)钢铁腐蚀的本质是什么钢铁腐蚀的本质是什么?什么是钢铁的析氢腐蚀什么是钢铁的析氢腐蚀 和吸氧腐蚀和吸氧腐蚀?为什么常以后者为主为什么常以后者为主? (5)生产上常采取哪些金属防腐措施生产上常采取哪些金属防

52、腐措施? (3)钢铁及其制品通常为含碳的铁合金钢铁及其制品通常为含碳的铁合金,若在潮湿的若在潮湿的 环境里或浓度较大的环境里长期放置环境里或浓度较大的环境里长期放置,常易生锈变常易生锈变 红红,原因是什么原因是什么? 2021/3/2780 钢铁表面钢铁表面形成的微小形成的微小原电池原电池示意图示意图 2021/3/2781 钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意示意图图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意示意图图 2021/3/2782 知识总结知识总结 1、 2、金属阳离子金属阳离子 失失e- 氧化反应氧化反应 金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型 化学腐蚀化学腐蚀 电化腐蚀电化腐蚀 析氢腐蚀析氢腐蚀 吸氧

53、腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍） . 金属腐蚀金属腐蚀 金属原子金属原子金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质: 3、 金属腐蚀金属腐蚀: 是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学 反应（氧化反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。还原）而腐蚀损耗的过程。 2021/3/2783 4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 Fe2O 3 nH2O （铁锈铁锈） 通常两种腐蚀同时存在通常两种腐蚀同时存在,但以后者更普遍。但以后者更普遍。 析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀 条件条件 水膜呈水膜呈酸性酸性。 水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱。 C

54、O2+H2OH2CO3 H+HCO 3- 电极反应电极反应 负极负极Fe(- ) Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+ 正极正极C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH - 总反应总反应:Fe+2H+=Fe2+ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH) 3 联系联系 2021/3/2784 钢铁腐蚀的防护钢铁腐蚀的防护: 例例6: 改变金属的内部组织结构改变金属的内部组织结构:如将如将Cr、Ni等金属加进钢里等金属加进钢里 制成合金钢。制成合金钢。 A. C. 铜的金属活动性比氢小铜的金属活动性比氢小,因此不宜被氧化因此不宜被氧化; B. D. 它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金; 2000年年5月月,保利集团在香港拍卖会上花费保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港多万港 币购回在火烧圆明园时流失的国宝币购回在火烧圆明园时流失的国宝:铜铸的牛首、猴首铜铸的牛首、猴首 和虎首和虎首,普通铜器时间稍久容易出现铜绿普通铜器时间稍久容易出现铜绿,其主要成分是其主要成分是 Cu2(OH)2CO3这三件这三件1760年铜