第1课时原电池的工作原理化学电源

1、第3节 化学能转化为电能电池第1课时 原电池的工作原理 化学电源人工也可以发电人工也可以发电1.1.通过学习铜通过学习铜- -锌原电池，掌握原电池的工作原理。锌原电池，掌握原电池的工作原理。（重点）（重点）2.2.认识带盐桥的原电池。认识带盐桥的原电池。3.3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。了解常见化学电源的种类及其工作原理。（重点）（重点）4.4.通过学习几种重要的化学电源，了解原电池在实际通过学习几种重要的化学电源，了解原电池在实际生活中的应用。生活中的应用。试剂和仪器：试剂和仪器： CuSOCuSO4 4溶液，锌粉，溶液，锌粉，锌片，铜片，检流计锌片，铜片，检流计(G)(G)，导线

2、，大烧杯导线，大烧杯将锌粉加入将锌粉加入CuSOCuSO4 4溶液中，会发生反应溶液中，会发生反应:Zn+Cu:Zn+Cu2+2+=Zn=Zn2+2+Cu+Cu。该反应是放热反应，请设计实验将该反应所释放的能量转该反应是放热反应，请设计实验将该反应所释放的能量转化为电能并实施你设计的实验。画出装置图并标出名称。化为电能并实施你设计的实验。画出装置图并标出名称。G GZnZnCuCu CuSO CuSO4 4溶液溶液【活动探究】【活动探究】正极正极(Cu ): Cu(Cu ): Cu2+2+2e+2e- - = Cu Cu ( (还原反应）还原反应）负极负极( (Zn)Zn): :Zn-2eZn

3、-2e- - =ZnZn2+2+ ( (氧化反应）氧化反应） 一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理1.1.负极失电子，电子经导线负极失电子，电子经导线流向正极，溶液中的阳离流向正极，溶液中的阳离子在正极表面得电子。子在正极表面得电子。CuCuZnZn- - -ZnZn2+2+CuCu2+2+阳离子阳离子阴离子阴离子2.2.电极反应电极反应电子沿导线传递，电子沿导线传递， 产生电流产生电流SOSO4 42-2-判断下列哪些是原电池，并指出正负极。判断下列哪些是原电池，并指出正负极。 A B C D A B C D F G F G E E【学与用】请指出下列原电池中电子的流向及正负极的名称，并

4、写出请指出下列原电池中电子的流向及正负极的名称，并写出电极反应式和电池总反应式。电极反应式和电池总反应式。正极正极(Ag)(Ag)：负极负极(Fe)(Fe)：CuCu2+2+2e+2e- - =CuCu总反应：总反应：Fe+CuFe+Cu2+2+=Fe=Fe2+2+Cu+CuFe -2eFe -2e- - =FeFe2+2+电子的流向：由电子的流向：由FeFe流向流向AgAg。【例题分析】这是改进后的这是改进后的Cu-ZnCu-Zn原电池，仍能形成电流。原电池，仍能形成电流。如图所示，还能形成电流吗？如图所示，还能形成电流吗？【思考与交流】【思考与交流】 常用琼脂和常用琼脂和KClKCl。Cl

5、Cl- -向锌盐方向移动，向锌盐方向移动，K K+ +向铜盐方向移动向铜盐方向移动. .使硫酸锌和硫酸铜溶液一直保持使硫酸锌和硫酸铜溶液一直保持电中性，从而保证电子电中性，从而保证电子( (带负电荷带负电荷) )不断从不断从ZnZn极流向极流向CuCu极。极。了解盐桥的成分和作用：了解盐桥的成分和作用：盐桥盐桥【拓展提高】【拓展提高】负极负极电子流出电子流出发生氧化反应发生氧化反应Zn2eZn2e- -=Zn=Zn2+2+正极正极电子流入电子流入发生还原反应发生还原反应CuCu2+2+ + 2e + 2e- -=Cu=Cu材料相对活泼材料相对活泼材料相对不活泼材料相对不活泼电解质溶液电解质溶液

6、负极反应式负极反应式正极反应式正极反应式原电池原理原电池原理盐桥盐桥关于如图所示装置的叙述，下列叙述正确的是关于如图所示装置的叙述，下列叙述正确的是( )( )A A铜是阳极，铜片上有气泡产生铜是阳极，铜片上有气泡产生B B铜片质量逐渐减少铜片质量逐渐减少C C电流从锌片经导线流向铜片电流从锌片经导线流向铜片D D铜离子在铜片表面被还原铜离子在铜片表面被还原D D【例题分析】【提示】【提示】不一定。例如：不一定。例如：负极：负极：2Al2Al+8OH+8OH6e6e- - =2=2Al(OH)Al(OH)4 4 正极：正极：6 6H H2 2O+6eO+6e- - =3H=3H2 2+6OH+

7、6OH 根据金属活动性顺序表可知，镁比铝活泼。根据金属活动性顺序表可知，镁比铝活泼。用镁和铝作原电池的两电极，镁一定作负极吗？用镁和铝作原电池的两电极，镁一定作负极吗？总反应：总反应：2Al2Al+2OH+2OH+6H+6H2 2O=2O=2Al(OH)Al(OH)4 4 +3H+3H2 2【想一想】二、原电池原理的应用二、原电池原理的应用1.1.加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率原因：锌置换出铜，原因：锌置换出铜， 形成铜形成铜- -锌原电池，锌原电池， 加快了反应速率。加快了反应速率。例如：用锌和稀硫酸反应制氢气，例如：用锌和稀硫酸反应制氢气，常加入少量常加入少量CuSOCuSO

8、4 4溶液。溶液。CuCuZnZnCuSOCuSO4 4溶液溶液2.2.比较金属的活动性比较金属的活动性一般负极是活泼金属，正极金属的活动性较弱。一般负极是活泼金属，正极金属的活动性较弱。例：把例：把a a、b b、c c、d d 四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若两相连可以组成各种原电池。若a a、b b相连时，相连时，a a为负极；为负极；c c、d d相连时，相连时，c c为负极；为负极；a a、c c相连时，相连时，c c为正极；为正极；b b、d d相相连时，连时，b b为正极。则这四种金属的活动性顺序由大到小为为正极。则这四

9、种金属的活动性顺序由大到小为 。提示：提示：a ab bc cd da ac cd db b。a ac cd db b 【提示】【提示】用比铁更活泼的金属作负极可以保护钢铁。用比铁更活泼的金属作负极可以保护钢铁。（1 1）纯铁不易生锈。生铁是铁碳合金，在一定条件）纯铁不易生锈。生铁是铁碳合金，在一定条件下构成原电池时铁作负极，更容易腐蚀。你能利用下构成原电池时铁作负极，更容易腐蚀。你能利用原电池原理来保护金属吗？原电池原理来保护金属吗？【思考与交流】【思考与交流】 负极负极负极负极ZnZn Fe Fe电解质溶液电解质溶液FeFeSnSn活动性：活动性：ZnFeSnZnFeSn（2 2）镀锌铁和

10、镀锡铁相比较，谁更耐腐蚀？）镀锌铁和镀锡铁相比较，谁更耐腐蚀？【提示】【提示】镀锌铁。镀锌铁。化学化学电源电源一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池酸性酸性锌锰锌锰干电池干电池锌银钮扣电池锌银钮扣电池( (干电池干电池) )( (蓄电池或蓄电池或可充电电池可充电电池) )1.1.化学电源的分类化学电源的分类三、化学电源三、化学电源 （1 1）酸性锌锰干电池）酸性锌锰干电池2.2.干电池干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，

11、在石墨周顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电解质溶和淀粉作电解质溶液，还填充液，还填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极的黑色粉末吸收正极放出的放出的H H2 2，防止产生极化现象。，防止产生极化现象。负极：负极：正极：正极：Zn -2eZn -2e- - = Zn= Zn2+2+2NH2NH4 4+ +2e+2e- - = 2NH = 2NH3 3+H+H2 2酸性锌锰干电池酸性锌锰干电池请写出各电极的电极反应：请写出各电极的电极反应：（2 2）碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵作电解质，碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵作电

12、解质，其电极反应为：其电极反应为：负极：负极：Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=ZnO+H=ZnO+H2 2O O正极：正极：MnOMnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=Mn(OH)=Mn(OH)2 2+2OH+2OH- -电池反应为：电池反应为：Zn+MnOZn+MnO2 2+H+H2 2O=ZnO+Mn(OH)O=ZnO+Mn(OH)2 20 0+4+4+2+2+2+2铅蓄电池铅蓄电池（1 1）正负极材料）正负极材料正极：正极：PbOPbO2 2负极：负极：PbPb（2 2）工作机制）工作机制电解质：电解质：H H2 2SOSO4 4溶液溶液3.3.二次电池二

13、次电池2PbSO2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l) Pb(s)+PbOO(l) Pb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)(aq)既能放电又能充电既能放电又能充电充电充电放电放电放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbOPb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)=2PbSO(aq)=2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l) O(l) Pb(s)+ (aq)-2ePb(s)+ (aq)-2e- -=PbSO=PbSO4 4(s)(s)正极：正极：PbOPbO2 2(s)+4H(s)+4H

14、+ +(aq)+ (aq)+2e(aq)+ (aq)+2e- -=PbSO=PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l) O(l) 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程给铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。给铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。24SO24SO充电过程充电过程PbSOPbSO4 4(s)+2e(s)+2e- -=Pb(s)+ (aq)=Pb(s)+ (aq) 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：PbSOPbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)-2eO(l)-2e- -=PbO=PbO2 2(s)+4H(s)+4H+ +(

15、aq)+ (aq) (aq)+ (aq) 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：2PbSO2PbSO4 4(s)+2H(s)+2H2 2O(l)= Pb(s)+PbOO(l)= Pb(s)+PbO2 2(s)+2H(s)+2H2 2SOSO4 4(aq)(aq)24SO24SO（1 1）铅蓄电池的负极材料是）铅蓄电池的负极材料是 。 （2 2）放电时）放电时PbOPbO2 2电极上发生电极上发生 反应反应, Pb, Pb电极上发生电极上发生 反应（填反应（填“氧化氧化”或或“还原还原”）。）。（3 3）充电时，电池反应为）充电时，电池反应为:

16、: _。 PbPb还原还原氧化氧化2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O=PbOO=PbO2 2+Pb+2H+Pb+2H2 2SOSO4 4【学与用】4.4.新型燃料电池新型燃料电池利用氢气、天然气等燃料与氧气利用氢气、天然气等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出或空气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来的化学能直接转化成电能的一类原电池。类原电池。用途：宇宙飞船，应用前景广阔。用途：宇宙飞船，应用前景广阔。燃料电池燃料电池不是不是把还原剂、把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时不断从外界输入

17、，同时将电极反应产物不断排将电极反应产物不断排出电池。出电池。优点：能量转化率高，可持续使用，优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好。对环境友好。【拓展视野】【拓展视野】负极负极:2H:2H2 24e4e- -=4H=4H+ +正极正极:O:O2 2+4e+4e- -4H4H+ +=2H=2H2 2O O 总反应方程式：总反应方程式： 2H2H2 2O O2 2=2H=2H2 2O O（1 1）酸性氢氧燃料电池）酸性氢氧燃料电池（2 2）碱性氢氧燃料电池）碱性氢氧燃料电池电池总反应：电池总反应：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O负极负极: : 2H 2H2 2+4OH+4

18、OH- -4e4e- -=4H=4H2 2O O正极正极: : O O2 2+ 2H+ 2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -1.1.现有现有H H2 2、O O2 2构成的燃料电池，构成的燃料电池，KOHKOH作电解质溶液，则负作电解质溶液，则负极应通入极应通入 气气, ,正极通入正极通入 气，电极反应为气，电极反应为: : 、 。2.2.如把如把KOHKOH改为改为H H2 2SOSO4 4作电解质，则电极反应为：作电解质，则电极反应为： 、_。氢氢 负极：负极：2H2H2 2-4e-4e- -+4OH+4OH-=4H=4H2 2O O正极：正极：O O2 2 +4e+4e

19、- -+2H+2H2 2O=4OHO=4OH- -负极负极: 2H: 2H2 2 -4e-4e- - = 4H= 4H+ +正极正极: O: O2 2+4e+4e- -+4H+4H+ +=2H=2H2 2O O电极反应需考虑电解质溶液的参与。电极反应需考虑电解质溶液的参与。氧氧【学与用】酸性和碱性氢氧燃料电池中，反应进行一段时间后电酸性和碱性氢氧燃料电池中，反应进行一段时间后电解质溶液的解质溶液的pHpH分别如何变化？分别如何变化？【提示】【提示】碱性氢氧燃料电池中碱性氢氧燃料电池中pHpH变小，酸性氢氧变小，酸性氢氧燃料电池中燃料电池中pHpH变大。变大。【思考与交流】【思考与交流】 燃料电

20、池、充电电池的一般解题思路：燃料电池、充电电池的一般解题思路：已知电池反应，根据化合价升降，确定正负极反应已知电池反应，根据化合价升降，确定正负极反应的物质；注意电解质溶液可能参与电极反应，判断的物质；注意电解质溶液可能参与电极反应，判断电极反应式的对错或电解质溶液电极反应式的对错或电解质溶液pHpH的变化。的变化。【归纳小结【归纳小结1 1】书写电极反应式的方法：书写电极反应式的方法：1 1将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应。将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应。总反应减去一电极反应式即得到另一电极反应式；总反应减去一电极反应式即得到另一电极反应式；2 2负极失电子所得氧化

21、产物和正极得电子所得还原产物负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物与溶液的酸碱性有关（如与溶液的酸碱性有关（如4 4价的价的C C在酸性溶液中以在酸性溶液中以COCO2 2形形式存在，在碱性溶液中则以式存在，在碱性溶液中则以 形式存在）。形式存在）。【归纳小结【归纳小结2 2】23CO固体燃料电池固体燃料电池2H2H2 2-4e-4e- -+2O+2O2 2=2H=2H2 2O O O O2 2+4e+4e- -=2O=2O2 2 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ + O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O 将铂丝插入将铂丝插入KOHKOH

22、溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作甲烷燃料电池。根据对两极上反应的实质判燃烧，所以称作甲烷燃料电池。根据对两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为断，通入甲烷的一极为 ，这一极的电极反应为，这一极的电极反应为 ；通入氧气的一极为；通入氧气的一极为_，电极反应为电极反应为 ，总反应为总反应为 。负极负极CHCH4 4-8e-8e- -+10OH+10OH- - = +7H= +7H2 2O O正极正极O O2 2+4e+4e- -+2H+2

23、H2 2O=4OHO=4OH- -CHCH4 4+2O+2O2 2+2KOH=K+2KOH=K2 2COCO3 3+3H+3H2 2O O【练一练】23CO1.1.碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池 电池反应：电池反应：Zn+MnOZn+MnO2 2+H+H2 2O=ZnO+Mn(OH)O=ZnO+Mn(OH)2 2正极：正极：MnOMnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=Mn(OH)=Mn(OH)2 2+2OH+2OH- -负极：负极：Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=ZnO+H=ZnO+H2 2O O0 0+4+4+2+2+2+2正极：正极：阴极：阴极：阳极：阳极：-

24、铅蓄电池：铅蓄电池：Pb + PbOPb + PbO2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4 + 2 + 2H H2 2O O充电充电放电放电负极：负极：放电：放电：充电：充电：Pb Pb - 2e- 2e- - + + =PbSO=PbSO4 4PbOPbO2 2 +2e+2e- - + + + 4H+ 4H+ + =PbSO=PbSO4 4 +2 +2H H2 2O OPbSOPbSO4 4 + 2e+ 2e- - = = Pb + Pb + PbSOPbSO4 4 -2e -2e- - +2+2H H2 2O O = = PbOPbO2 2 + + +

25、 4H+ 4H+ + 0 +4 +20 +4 +22.2.可充电电池（二次电池）可充电电池（二次电池）24SO24SO24SO24SO在酸性或中性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：在酸性或中性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：负极：负极：2H2H2 2-4e-4e- - =4H=4H+ +正极：正极：O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O3.3.氢氧燃料电池氢氧燃料电池 电池总反应：电池总反应：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O在碱性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：在碱性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：负极：负极：2H2H2 2+4OH+4

26、OH- -4e-4e- - =4H=4H2 2O O正极：正极：O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- - =4OH=4OH- -一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理CuCuZnZn- - -ZnZn2+2+CuCu2+2+阳离子阳离子阴离子阴离子SOSO4 42-2-电子沿导线传递，电子沿导线传递， 产生电流产生电流两极发生的反应：两极发生的反应：负极负极(Zn):(Zn):氧化反应氧化反应正极正极(Cu):(Cu):还原反应还原反应负极负极正极正极正极正极负极负极阳离子移向正极阳离子移向正极阴离子阴离子移向移向负极负极溶液中离子的移动方向溶液中离子的移动方向电流的流向：电流的流向：电子的流向：电子的流向：- +- +1.1.用途广泛的电池用途广泛的电池 2. 2.化学电化学电池的分类池的分类普通锌锰干电池普通锌锰干电池(2)(2)二次电池二次电池(1)(1)一次电池一次电池 3. 3.书写电极反应式的方法书写电极反应式的方法(3)(3)燃料电池燃料电池二次电池二次电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池二、化学电源二、化学电源1.1.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其充电和放银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其充电和放电过程可以表示为电过程可以表示为: :2Ag+ Zn(OH)2A