1.2化学能转化为电能电池课件上学期高二化学选择性必修1

化学能转化为电能——电池原电池是将化学能转化为电能的装置。1.原电池的定义与构成条件(1)实验装置

2.原电池的工作原理

检流计指针电极表面变化情况(a)发生偏转锌片质量减少,铜片质量增加(b)发生偏转锌片质量减少,铜片质量增加(2)实验现象(3)工作原理

负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn-2e-

Zn2+Cu2++2e-

Cu反应类型氧化反应还原反应电池反应Zn+Cu2+

Cu+Zn2+电子流向电子由锌片通过导线流向铜片离子移向阳离子向正极移动,阴离子向负极移动盐桥作用构成闭合回路,平衡电荷,传导电流(1)原电池的相关概念①负极:电子流出的电极,发生氧化反应。②正极:电子流入的电极,发生还原反应。③电极反应:在电池中,氧化反应和还原反应是在两个电极上分别进行的,分别相当于氧化

还原反应的一半,这种反应常称为半反应。在电极上进行的半反应叫作电极反应。④电池反应:电池的两个电极反应组成电池的总反应,这个总反应叫作电池反应。(2)工作原理外电路中电子由负极流向正极,内电路(电解质溶液)中阴离子移向负极,阳离子移向正极;两

极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成闭合回路,使两个电极反

应持续进行,发生有序的电子定向转移过程,产生电流,实现了化学能向电能的转化。形成原电池后,化学反应速率加快。如实验室制取H2时,把锌粒放入盛有稀硫酸的试管中,

加入几滴硫酸铜溶液,化学反应速率加快。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。将需要保护的金属制品用作原电池的正极而受到保护。4.设计原电池(详见定点2)3.

原电池原理的应用化学电源是将化学能转化为电能的实用装置。4.

化学电源(1)锌锰干电池①酸性锌锰干电池负极(锌)反应:Zn-2e-

Zn2+;正极(石墨)反应:2MnO2+2N

+2e-

Mn2O3+2NH3+H2O(有争议)。②碱性锌锰干电池负极(锌)反应:Zn+2OH--2e-

ZnO+H2O;正极(石墨)反应:2MnO2+2H2O+2e-

2MnOOH+2OH-;电池反应:Zn+2MnO2+H2O

ZnO+2MnOOH。(2)铅蓄电池装置

放电负极:Pb+S

-2e-

PbSO4正极:PbO2+4H++S

+2e-

PbSO4+2H2O充电阴极:PbSO4+2e-

Pb+S

阳极:PbSO4+2H2O-2e-

PbO2+4H++S

总反应Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O铅蓄电池是一种二次电池,电动自行车、汽车等都要用到它。铅蓄电池的性能优良、

造价低、可多次充放电,其主要缺点是单位质量电池释放的电能少。(3)燃料电池①工作原理燃料电池是燃料(主要是可燃性气体或液体)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成

的原电池。燃料在原电池的负极发生氧化反应,氧化剂在原电池的正极发生还原反应。②常见的四种典型燃料电池名称电解质电极反应和总反应氢氧燃料电池KOH正极:O2+4e-+2H2O

4OH-负极:2H2-4e-+4OH-

4H2O总反应:2H2+O2

2H2OH2SO4正极:O2+4e-+4H+

2H2O负极:2H2-4e-

4H+总反应:2H2+O2

2H2O甲烷燃料电池KOH正极:2O2+4H2O+8e-

8OH-负极:CH4+10OH--8e-

C

+7H2O总反应:CH4+2O2+2KOH

K2CO3+3H2O甲醇燃料电池KOH正极:3O2+6H2O+12e-

12OH-负极:2CH3OH+16OH--12e-

2C

+12H2O总反应:2CH3OH+3O2+4KOH

2K2CO3+6H2O肼燃料电池KOH正极:O2+2H2O+4e-

4OH-负极:N2H4+4OH--4e-

N2↑+4H2O总反应:N2H4+O2

N2+2H2O1.在锌、铜、硫酸溶液构成的原电池中,电子通过电解质溶液形成闭合回路产生电流。这

种说法正确吗?()

提示：电解质溶液内部只有离子的定向移动,电子不能通过电解质溶液。2.一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。这种说法正确吗?

()提示：盐桥中通常装有琼脂凝胶,内含氯化钾或硝酸铵。盐桥中的离子能够定向移动。

盐桥可隔离两电极反应,使原电池能持续、稳定地产生电流。知识辨析✕√3.氢氧燃料电池可将热能直接转化为电能。这种说法正确吗?提示：氢氧燃料电池属于原电池,可将化学能转化为电能,不能将热能直接转化为电能。4.原电池工作时,负极材料一定被氧化,正极材料一定被还原。这种说法正确吗?提示：一般原电池工作时,负极上发生失电子的氧化反应,正极上发生得电子的还原反

应,但不一定是电极材料本身被氧化或还原,如燃料电池中正、负极材料均不参与反应。()✕()✕1.

原电池的正、负极判断1.由组成原电池的两极的电极材料判断。一般来说,通常两种不同金属在电解质溶液中构

成原电池时,较活泼的金属作负极。易错提醒

不能只考虑金属活动性的相对强弱,还要考虑电解质溶液,故应根据电池反应来

确定正、负极,发生氧化反应的金属作负极。如图甲中Mg作负极,图乙中Al作负极。

2.根据电流方向或电子流动方向判断。电流流入的一极或电子流出的一极为负极,电流流

出的一极或电子流入的一极为正极。3.根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液中,阳离子移

向正极,阴离子移向负极。4.根据原电池两极发生的变化来判断。若某一电极不断溶解,质量不断减少,该电极发生氧

化反应,则此电极为原电池的负极;若某一电极有气体产生或电极质量不断增加,该电极发生还原反应,则此电极为原电池的正极。5.在燃料电池中,两电极只是载体,并不参与反应,可以通过总反应式和定义来判断,发生氧

化反应的气体或物质所对应的电极为负极。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化

剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是

(

)B.a电极的电极反应式:N2H4+4OH--4e-

N2↑+4H2OC.电池工作时,电子从b电极经过负载流向a电极D.电池工作时,K+从正极移向负极典例B解析N2H4中的N元素化合价由-2价变为N2中的0价,N2H4失去电子,所以a电极为负极,b电

极为正极,故A错误;a电极上,N2H4失去电子,与电解质溶液中的氢氧根离子反应生成氮气和

水,电极反应式为N2H4+4OH--4e-

N2↑+4H2O,故B正确;电池工作时,电子从负极(a电极)经过负载流向正极(b电极),故C错误;电池工作时,K+从负极移向正极,故D错误。(1)负极发生氧化反应,向外电路提供电子。(2)正极发生还原反应,从外电路中得到电子。(3)原电池的两电极浸在电解质溶液中,通过电解质溶液中阴、阳离子的定向移动和外部导

线中电子的定向移动构成闭合回路,产生电流。以自发进行的氧化还原反应为基础来设计原电池。首先,把氧化还原反应拆分为氧化反应

和还原反应,从而确定电极反应;其次,结合两电极反应确定原电池的正、负极以及电极材

料、电解质溶液等;最后,用导线连接正、负极构成闭合回路,即可构成原电池。3.确定电极材料,如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作为负极材料。2.

根据原电池原理设计原电池两电极材料的选择包括以下几种情况:(1)活动性不同的两种金属。如铜锌原电池中,锌是负极,铜是正极。(2)金属和非金属。如锌锰干电池中,锌是负极,石墨是正极。(3)金属和化合物。如铅蓄电池中,铅是负极,二氧化铅是正极。(4)惰性电极,两电极材料可以相同。如氢氧燃料电池中,正、负极均为惰性电极。4.根据实际情况确定电解质溶液,若设计的原电池中含有盐桥,需保证每个半电池中电极材

料与电解质溶液均不能发生反应。(1)利用反应Cu+2FeCl3

CuCl2+2FeCl2设计成如图所示的原电池。

请回答下列问题:①写出电极反应式。正极:

;负极:

。②图中X溶液是

,Y溶液是

。③原电池工作时,盐桥中的

(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。典例(2)控制合适的条件,将反应2Fe3++2I-

2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。

请回答下列问题:①反应开始时,乙中石墨电极上发生

(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为

。甲中石墨电极上发生

(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为

。②电流表读数为0时,反应达到

状态。解析

(1)①该原电池中Cu作负极,电极反应式为Cu-2e-

Cu2+;C作正极,电极反应式为2Fe3++2e-

2Fe2+。②X溶液应为FeCl3溶液,Y溶液应为CuCl2溶液。③原电池工作时,盐桥中的阳离子向正极移动,即向X溶液方向移动。(2)①根据题图并结合原电池反应2Fe3++2I-

2Fe2++I2;可知乙中石墨电极为负极,I-失电子发生氧化反应,电极反应式为2I--2e-

I2,甲中石墨电极为正极,Fe3+得电子发生还原反应,电极反应式为2Fe3++2e-

2Fe2+。②当电流表读数为0时,说明反应达到平衡状态。答案

(1)①2Fe3++2e-

2Fe2+Cu-2e-

Cu2+②FeCl3溶液CuCl2溶液③阳

(2)①氧化2I--2e-

I2还原2Fe3++2e-

2Fe2+②平衡

3.原电池电极反应式的书写(1)拆分法若已知电池的总反应方程式,先分析元素化合价,确定正、负极的反应物和生成物以及电子

转移数目,将氧化还原反应拆分为氧化反应(负极发生氧化反应)和还原反应(正极发生还原

反应),根据电荷守恒、原子守恒配平,从而得出正、负极的电极反应式。(2)加减法正极反应式加负极反应式等于总反应式,如果已知电池的总反应式,要求写出电极反应式,

可以先写出较易写出的电极反应式,然后用总反应式减去较易写出的电极反应式,即可得出

较难写出的电极反应式。如:CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中,利用总反应式与较易写出

的正极反应式得出负极反应式。总反应式:CH3OCH3+3O2

2CO2+3H2O正极:3O2+12H++12e-

6H2O负极:CH3OCH3+3H2O-12e-

2CO2+12H+(1)两电极得失电子数目相等。(2)电极反应式中若有气体生成,需要加“↑”;单质、非电解质、弱电解质或难溶物均用

化学式表示,其余用离子符号表示。(3)书写电极反应式时要保证电荷守恒、原子守恒,可在电极反应式一端根据需要添加H+、

OH-或H2O。电化学在生产、生活和科学技术的发展中发挥着越来越重要的作用。回答下列问题:(1)新型电池中的铝电池类型较多。①Al-空气燃料电池可用作电动汽车的电源,该电池多使用NaOH溶液为电解液。电池工作

过程中电解液的pH

(填“增大”“减小”或“不变”)。②Li-Al/FeS是一种二次电池,可用作车载电源,放电时电池总反应为2Li+FeS

Li2S+Fe,充电时,阴极的电极反应式为

。(2)甲醇燃料电池由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代

品而越来越受到关注,其工作原理如图,质子交换膜左右两侧的溶液均为1L1.5mol·L-1H2

SO4溶液。典例①通入气体a的电极是电池的

(填“正”或“负”)极,其电极反应式为

。②当电池中有2mol电子发生转移时,左右两侧溶液的质量之差为

g(忽略气体的溶

解,