原电池及化学电源

1、 原电池及化学电源原电池及化学电源笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池摄像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电池各式各样的纽扣电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 照相机用电池照相机用电池 你的日常用品中哪些需要电池？你的日常用品中哪些需要电池？ 稀硫酸稀硫酸ZnCuA稀硫酸稀硫酸ZnCu一、原电池的定义一、原电池的定义利用利用自发自发的氧化还原反应的氧化还原反应化学能化学能转化为转化为电能电能的的装置。装置。主要现象：主要现象：Cu极上有气泡，电流计指针偏转极上有气泡，电流计指针偏转一、基本原理模型的建立基本原理模型基本原理模型Zn+ H2SO4=ZnSO4+H2Ge锌锌铜铜稀硫酸稀

2、硫酸H+Zn2+H+H+阴离子阴离子向负极向负极移动移动阳离子阳离子向正极向正极移动移动二、原电池的构成条件二、原电池的构成条件A 酒精酒精CuZn无电流通过，不构成原电池无电流通过，不构成原电池（1 1）活动性不同的两电极：）活动性不同的两电极： 一个为较活泼金属电极（除一个为较活泼金属电极（除K、Ca、Na） 另一不活泼金属或石墨或某些金属氧化物另一不活泼金属或石墨或某些金属氧化物（PbO2）（2) 2)电解质溶液：电解质溶液： 某一电极（负极）必须能与电解质溶液中的某些成某一电极（负极）必须能与电解质溶液中的某些成份自发发生氧化还原反应份自发发生氧化还原反应（3 3）形成闭合回路）形成闭

3、合回路（不一定有导线，（不一定有导线，接触接触也可）也可）原理原理：将氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传将氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。构成原电池条件构成原电池条件：3.原电池电极名称原电池电极名称由电极材料决定由电极材料决定 负极负极：较活泼金属电极（电子流出极）较活泼金属电极（电子流出极） 正极：正极：较不活泼金属或石墨（电子流入极）较不活泼金属或石墨（电子流入极） 两极活动性差别越大，电动势越大两极活动性差别越大，电动势越大4.电极反应电极反应 负极负极：氧化反应氧化反应 :

4、Zn2e=Zn2+ 正极：正极：还原反应还原反应 : (2H+2e=H2) 电池反应电池反应：Zn+2H+=Zn2+H25.能量变化能量变化 ： 化学能化学能电能电能6.电子流向：电子流向： 外电路：外电路：电子导电，负极金属失电子沿导线转移到正极电子导电，负极金属失电子沿导线转移到正极 内电路内电路：离子导电，溶液中的：离子导电，溶液中的阳阳离子（或离子（或O O2 2）在）在正正极表极表 面得电子。面得电子。即：负极失电子，电子经外电路流向较不活泼电极，再经即：负极失电子，电子经外电路流向较不活泼电极，再经电解质溶液回到负极，构成闭合回路，电流反向流动。电解质溶液回到负极，构成闭合回路，电

5、流反向流动。CuSO4FeCu稀硫酸稀硫酸Zn蔗糖蔗糖ZnC请同学们判断，下列哪组装置能构成原电池请同学们判断，下列哪组装置能构成原电池（A）（B）（C）稀硫酸稀硫酸稀硫酸稀硫酸CuZn（D）思考讨论思考讨论实验一实验一 ：在：在100mL 1 mol / L CuSO4溶液溶液中插入中插入Cu片和片和 Zn片，与电压传感器形成闭片，与电压传感器形成闭合电路合电路,测定并绘出其输出电压随时间变化测定并绘出其输出电压随时间变化曲线。曲线。电压为什么不稳定？电压为什么不稳定？双液原电池双液原电池盐桥中装有饱和的盐桥中装有饱和的KCl溶液和溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是琼脂制成的胶冻，胶冻的作用

6、是防止管中溶液流出。防止管中溶液流出。 盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）形成闭合回路）形成闭合回路（2 2）平衡电荷）平衡电荷电极反应：电极反应：负极：负极：Zn2e-=Zn2+正极：正极：Cu2+2e-=Cu总反应式：总反应式：ZnCu2=Zn2+Cu实验二：实验二： 在在100mL 1 mol / L CuSO4溶液中插入溶液中插入Cu片片,100mL 1 mol / L ZnSO4溶液中插入溶液中插入Zn片片,用盐桥沟通内电路用盐桥沟通内电路,导线连导线连接电压传感器形成闭合电路，测定其输出电压随时间变化曲接电压传感器形成闭合电路，测定其输出电压随时间变化曲线。线。电压稳定电压稳定构成

7、双液原电池条件：构成双液原电池条件：（1 1）活动性不同的两电极：）活动性不同的两电极： 较活泼金属电极（除较活泼金属电极（除K、Ca、Na） 不活泼金属或石墨不活泼金属或石墨 （3 3）形成闭合回路）形成闭合回路（盐桥）（盐桥）（2)2)电解质溶液：电解质溶液：两种溶液中分别含有与电极材料相同两种溶液中分别含有与电极材料相同 的阳离子的阳离子2021-12-14例例1、铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是、铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是A .正极反应为：正极反应为：Zn2e=Zn2+ B .电池反应为：电池反应为：Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu C .在外电路中，电

8、子从负极流向正极在外电路中，电子从负极流向正极 D .盐桥中的盐桥中的K+移向移向ZnSO4溶液溶液 B C2021-12-15例例2、依据氧化还原反应：、依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示设计的原电池如图所示请回答下列问题：请回答下列问题：（1）电极）电极X的材料是的材料是 ；电解质溶液；电解质溶液Y是是 ；（2）银电极为电池的）银电极为电池的 极，发生的电极反应为极，发生的电极反应为 ； X电极上发生的电极反应为电极上发生的电极反应为 ； （3）外电路中的电子是从）外电路中的电子是从 电极流向电极流向 电极。电极。

9、铜铜AgNO3溶液溶液正正AgeAg Cu2eCu2铜铜银银Cu石石墨墨G盐桥盐桥（KCl溶液）溶液）（+）（）CuSO4溶液溶液FeCl3溶液溶液 根据下列反应设计一个双叶原电池根据下列反应设计一个双叶原电池1 1、干电池（一次电池）、干电池（一次电池）铜帽铜帽锌锰干锌锰干电池电池法国科学家勒兰社（法国科学家勒兰社（LeclancheLeclanche）于）于18681868年发明。年发明。纸板纸板NH4Cl浆糊浆糊MnO2石墨棒石墨棒金属锌外壳金属锌外壳三.发展中的化学电源 负极负极: : 正极：正极： 电解质溶液：电解质溶液：NHNH4 4ClCl、MnOMnO2 2、ZnCl2 2 、

10、淀粉淀粉、碳黑等糊状物等、碳黑等糊状物等 负极：负极： Zn-2e = Zn2+2NH4+ + 2e = 2NH3 + H2 H2+2MnO2=Mn2O3+H2O 4NH3 + ZnCl2 = Zn（NH3)4Cl2正极正极: :MnO2 作用，消除产生的作用，消除产生的 H2的极化作用的极化作用电池反应：电池反应：Zn + 2NH4+ = 2NH3 + H2 +Zn2+锌皮锌皮碳棒碳棒工作电压：工作电压：1.5V1.5V优点：成本低，携带方便；优点：成本低，携带方便； 缺点：不可再生，环境污染。缺点：不可再生，环境污染。 碱性锌锰电池碱性锌锰电池电池使用电池使用氢氧化钾（氢氧化钾（KOHKO

11、H）或氢氧化钠）或氢氧化钠（NaOHNaOH）的水溶液做电解质液。指的水溶液做电解质液。指2020世世纪中期在锌锰电池基础上发展起来的，纪中期在锌锰电池基础上发展起来的，是锌锰电池的改进型。电池使用氢氧化是锌锰电池的改进型。电池使用氢氧化钾（钾（KOHKOH）或氢氧化钠（）或氢氧化钠（NaOHNaOH）的水溶液）的水溶液做电解质液，负极也由锌片改为锌粉，做电解质液，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅提反应面积成倍增长，使放电电流大幅提高。高。 2 2、充电电池、充电电池铅蓄电池铅蓄电池 铅、氧化铅、铅、氧化铅、30%30%稀硫酸稀硫酸负极（负极（Pb） ： 正极（正极（Pb

12、O2）：）：Pb-2e=Pb2+PbO2 + 4H+ + 2e +SO42- = PbSO4 + 2H2O电池反应：电池反应： Pb + PbO2+2H2SO4 2PbSO4 + 2H2OPb2+ +SO42- =PbSO4Pb-2e +SO42- =PbSO4 电极参与化学反应电极参与化学反应 3. 3.银锌电池（高能电池银锌电池（高能电池) ) 应用各种电子仪器的电源应用各种电子仪器的电源 负极：锌负极：锌 正极：正极：AgAg2 2O O 电解质溶液：电解质溶液：KOHKOH溶液（碱性电池）溶液（碱性电池） 电极反应：负极：电极反应：负极：ZnZn2e+2OH2e+2OH=Zn(OH)=

13、Zn(OH)2 2 正极正极:Ag:Ag2 2O O+2e+H+2e+H2 2O O2Ag+2OH2Ag+2OH 电池反应：电池反应：Zn+AgZn+Ag2 2O+HO+H2 2O=2Ag+Zn(OH)O=2Ag+Zn(OH)2 2 4、镍铬电池、镍铬电池 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。 Cd+2H2O+2NiO(OH)=2Ni(OH)2+Cd(OH)2Cd为负极，为负极， NiO（OH）为正极，以）为正极，以KOH 为电解质为电解质负极：负极：Cd-2e- +2OH- = Cd(OH)22H2O+2NiO(OH)+2e-=2Ni(OH)2 + 2O

14、H-正极：正极：【问题问题】要把要把1kg1kg重的物体从地球送到月球，重的物体从地球送到月球，需要需要500kg500kg的推动力。的推动力。 动力从何而来？动力从何而来？ 宇宙飞船用什么作电源？宇宙飞船用什么作电源？ 宇航员的饮用水从和而来？宇航员的饮用水从和而来？既能发电又能供水的电池既能发电又能供水的电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池5.5.燃料电池燃料电池 新型电池中，电极的导电材料一般多新型电池中，电极的导电材料一般多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。正极是通入氧化剂的一方。 . 负极：负极： 2H2 4e + 4OH-= 4

15、H2O 正极：正极： O2+ 4e + 2H2O = 4OH- 总反应式：总反应式： 2H2+O2=2H2O特点：特点：高效高效,环境污染少环境污染少,外加设备供给氧化剂外加设备供给氧化剂氢氧燃料电池，电解质溶液为氢氧燃料电池，电解质溶液为30%的氢的氢 氧化钾溶液氧化钾溶液负极：负极：2H24e-4H 正极：正极：O24H4e-2H2O 若电解质为盐酸时，电极反应式应如何写？若电解质为盐酸时，电极反应式应如何写？甲烷燃料电池甲烷燃料电池 -碱性条件碱性条件电池反应电池反应 CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O(负极负极）CH4 8e + 10OH = CO32 +

16、7H2O(正极正极) 2O2 + 8e + 4H2O = 8OH6.6.海水电池：海水电池： 负极：负极：AlAl 正极：自定正极：自定 电解质液：海水电解质液：海水 电极反应：负极：电极反应：负极：4Al4Al12e=4Al12e=4Al3+3+ 正极正极:3O:3O2 2+6H+6H2 2O+12eO+12e12OH12OH 电池反应：电池反应：4Al+3O4Al+3O2 2+6H+6H2 2O O 4Al(OH)4Al(OH)3 3电池的回收电池的回收 废旧电池含有汞、铅、镉、镍等重金属及酸、废旧电池含有汞、铅、镉、镍等重金属及酸、碱等电解质溶液。一节一号电池烂在地里，能使碱等电解质溶液

17、。一节一号电池烂在地里，能使平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使吨水受到污染，相当于一个人一生池可使吨水受到污染，相当于一个人一生的饮水量。的饮水量。 我国废旧电池回收率只有我国废旧电池回收率只有1-2%1-2% 镉在人体内极易引起慢性中毒，主要病症是镉在人体内极易引起慢性中毒，主要病症是肺气肿、骨质软化、贫血，很可能使人体瘫痪。肺气肿、骨质软化、贫血，很可能使人体瘫痪。而铅进入人体后最难排泄，它干扰肾功能、生殖而铅进入人体后最难排泄，它干扰肾功能、生殖功能。功能。07年年8月月1日美国明尼苏达州一座跨越密西西比河日美国明尼苏达州一座跨越密西西

18、比河的大桥发生坍塌的大桥发生坍塌,事故造成事故造成6人死亡。人死亡。资料资料： 中国航天工业总公司第三十一研究所近日公布了中国航天工业总公司第三十一研究所近日公布了一组数据：一组数据： 全球每年钢铁腐蚀的经济损失约全球每年钢铁腐蚀的经济损失约1000010000亿亿美美元，占各国国民生产总值元，占各国国民生产总值GNPGNP的的2%4%2%4%，在美国，在美国，每年因钢铁腐蚀造成的损失就占国内生产总值的每年因钢铁腐蚀造成的损失就占国内生产总值的3%3%，大约三分之一的化学设备因局部腐蚀而停工。，大约三分之一的化学设备因局部腐蚀而停工。我国钢铁腐蚀经济损失高达我国钢铁腐蚀经济损失高达280028

19、00亿亿人民币，约占人民币，约占国民生产总值国民生产总值GNPGNP的的4%4%，每年约有，每年约有30%30%的钢铁因腐的钢铁因腐蚀而报废。腐蚀给人类造成的损失是惊人的。蚀而报废。腐蚀给人类造成的损失是惊人的。定义：是指金属或合金与周围接触到的气定义：是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而损耗的过程。体或液体进行化学反应而损耗的过程。化学腐蚀化学腐蚀：电化学腐蚀电化学腐蚀：金属跟接触到的物质（如金属跟接触到的物质（如O O2 2、ClCl2 2、SOSO2 2等）等）直接发生化学反应而引起的腐蚀。直接发生化学反应而引起的腐蚀。不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生不纯的金属跟电解

20、质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀。氧化的腐蚀。三、金属的腐蚀三、金属的腐蚀 3Fe + 2O3Fe + 2O2 2 Fe Fe3 3O O4 4 2Fe +3 Cl2Fe +3 Cl2 2 2FeCl 2FeCl3 3钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意图示意图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意图示意图析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（更普遍）（更普遍）发生条件发生条件负极反应负极反应正极反应正极反应现象现象结果结果 总电极总电极反应反应水膜酸性较强水膜酸性较强 中性或水膜酸性弱中性

21、或水膜酸性弱铁失去电子被氧化铁失去电子被氧化 铁失去电子被氧化而铁失去电子被氧化而 腐蚀，放出氢气，腐蚀，放出氢气， 腐蚀，消耗氧气腐蚀，消耗氧气OHOHOHOH相对增加相对增加 相对增加相对增加有少量气体生成有少量气体生成 无气体生成无气体生成2H2H+ +2e+2eH H2 2 2H 2H2 2O+OO+O2 2+4e+4e4OH4OH- -FeFe2e=Fe2e=Fe2+2+ FeFe2e=Fe2e=Fe2 2Fe +2H+= Fe 2+ +H24Fe(OH)2 +O2 +2H2O 4Fe(OH)3干燥空气中干燥空气中隔绝空气且煮沸过的水中隔绝空气且煮沸过的水中 与空气接触的水中与空气接触的水中 4Fe(OH)4Fe(OH)2 2 + O + O2 2 + 2H + 2H2 2O = 4Fe(OH)O = 4Fe(OH)3 3 2Fe(OH) 2Fe(OH)3 3 = Fe = Fe2 2O O3 3 +3H +3H2 2O O 铁锈的主要成分铁锈的主要成分 FeFe2 2O O3 3.nH.nH2 2O O1.改善金属结构