1.2化学能转化为电能电池课件高二上学期化学选择性必修1

化学能转化为电能——电池

第一课时

原电池的工作原理1.原电池的概念：将_______能转化为_______能的装置。2.构成原电池的条件：（1）自发进行的______________反应。（2）电极__________和电极__________。（3）__________导体和__________导体。化学电氧化还原材料反应物电子离子汽车等机动车往往需要配备电池，人造卫星、宇宙飞船等必须携带电池，人们在日常生活中也经常要使用电池……这些足以说明电池的重要作用。现在，为满足人们生产和生活水平不断提高的需要，性能优异的新型电池相继出现，如锌银电池、锂电池、燃料电池等。那么，电池究竟是一种什么样的装置？他们在工作时，装置中发生了什么变化？一.原电池的工作原理活动探究探秘铜锌原电池预测:你认为图1—2—2所示装置是否能够构成原电池，将化学能转化为电能？请说明理由。

盐桥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。通过盐桥可将两个相互隔离的电解质溶液连接起来，传导电流。铜片、锌片、1mol·L-1CuSO4溶液、1mol·L-1ZnSO4溶液烧杯、导线、盐桥、检流计实验方案实施1.按装置(a)，完成实验并回答下列问题：有关的实验现象是①锌片______，铜片______，CuSO4溶液颜色___________；实验用品溶解加厚变亮变浅②电流表的指针___________，装置中的能量变化是______________________。该装置称作原电池。2.按装置（b），完成实验，并回答下列问题：(1)实验过程中，能观察到的实验现象是①锌片___________，铜片_________；②电流表指针_________；③CuSO4溶液的颜色__________________。发生偏转化学能转化为电能溶解加厚变亮发生偏转变浅实验现象实验装置编号实验现象ab锌片溶解，质量减轻；铜片加厚变亮，硫酸铜溶液颜色变浅，电流表指针发生偏转。未插盐桥，无明显现象；插入盐桥，锌片溶解，铜片加厚变亮，硫酸铜溶液颜色变浅，电流表指针发生偏转。实验结论两套装置，检流计指针均发生偏转，说明均有电流产生，即发生了化学能转化为电能的过程，都形成了原电池。1.分析（a）（b）两个原电池各部分的作用，确定其电极反应物、电极材料和离子导体。2.分析（a）（b）两个原电池的工作原理，写出电极反应式。3.分析（a）（b）两个原电池，说明各自的优缺点。电极反应物电极材料离子导体负极：Zn、正极：CuCuSO4溶液ZnSO4溶液、盐桥负极：Zn、正极：CuSO4负极：Zn、正极：CuSO4负极：Zn、正极：CuCuSO4溶液两个原电池的工作原理及电极反应式。负极：Zn-2e-=Zn2+负极：Zn-2e-=Zn2+正极：Cu2++2e-=Cu正极：Cu2++2e-=Cu总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu思考交流若用温度计测量溶液的温度，发现（a）装置溶液的温度略有升高，而（b）装置溶液的温度不变，试分析原因是什么？对比两个原电池异同电子流动电路离子移动电路电子流动电路离子移动电路单液电池双液电池相同点：氧化还原反应原理；两个电极及电极反应；都能产生电流；外电路均是电子的定向移动，内电路均是离子的定向移动。不同点：单液电池Zn和Cu2+直接接触，两个半反应在同一区域进行，能量转化率低，电流强度弱不稳定，持续时间短。双液电池Zn和Cu2+不直接接触，两个半反应在不同区域进行，能量转化率高，电流强度大稳定，持续时间长。归纳总结原电池的工作原理分析Zn+Cu2+=Zn2++CuZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu失电子氧化反应得电子还原反应电池反应氧化还原反应阴离子流向阳离子移向负极正极导线电极反应式

电极反应（半反应）离子导体电子流出电子流入ZnCu

在原电池中，氧化还原反应是在两个电极上分别进行的。每个电极上或是发生失去电子的变化，或是发生获得电子的变化，分别相当于氧化还原反应的一半，这种反应称为半反应。电极反应可以表示电极上物质的变化情况以及电子的转移情况的式子。半反应在电极上进行的半反应。电极反应式电池反应原电池的两个电极反应组成电池的总反应。原电池原理是将氧化反应和还原反应分开进行，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。正极得电子数目=负极失电子数目铜锌原电池的电流是怎样产生的铜锌原电池中，锌片上和ZnSO4溶液中都存在Zn2+。在锌片和溶液的接触面上，水分子与金属表面的Zn2+相互吸引,发生水合作用，使部分Zn”离开锌片进入溶液：溶液中的Zn2+也可以沉积到锌片的表面：发生前一过程的趋势大于后一过程，并且锌片上的电子不能自由进入溶液，这就使锌片带有负电荷。锌片表面上的电子与溶液中的Zn”因异性电荷的吸引作用分别在金属-水界面的两侧聚积，最终在锌片和ZnS0溶液的界面处达到溶解与沉积的平衡状态：此时，由于锌片与溶液的界面两侧电荷不均等，便产生了电势差。类似地，铜片和CuSO4溶液的界面处也存在Cu2+与Cu的溶解与沉积平衡状态。铜原子和锌原子失电子的能力不同，因此铜电极和锌电极的溶解-沉积平衡状态不一样，两个金属单质电极材料与其溶液之间的电势差不相等。锌原子比铜原子容易失电子，在锌电极的锌片表面上积累的电子比在铜电极的铜片表面上积累的电子多，因此将两极接通构成回路时电子由锌片流向铜片。电子的移动破坏了两极的溶解-沉积平衡，锌极的平衡由于电子移走而向Zn2+溶解的方向移动，铜极的平衡由于电子移入而向Cu沉积的方向移动，结果使电子能够持续流动形成电流。1.简单原电池电极方程式的写法判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。

先写出总反应：Cu+2FeCl3=

CuCl2+2FeCl2CuCFeCl3溶液拆成离子方程式：Cu

+

2Fe3＋=

Cu2＋+

2Fe2＋根据化合价升降判断正负极负极：Cu

-

2e-=

Cu2+正极：2Fe3++

2e-=

2Fe2+2.简单盐桥原电池设计盐桥CuCCuCl2溶液FeCl3溶液

G

将反应Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2

设计成双液盐桥电池根据氧化还原反应电子转移判断电极反应根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液负极：Cu

-

2e-=

Cu2+正极：2Fe3++

2e-=

2Fe2+如图所示的原电池装置,X、Y为两电极,电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流向如图所示,对此装置的下列说法正确的是(

)A.外电路的电流方向为:X→外电路→YB.若两电极分别为Zn和石墨棒,则X为石墨棒,Y为ZnC.若两电极都是金属,则它们的活动性为X>YD.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应【解析】由图可知,电子的流动方向是X→外电路→Y,则电流的方向就为Y→外电路→X;X为原电池的负极,Y为正极,X的活动性比Y的强;X极应发生氧化反应,Y极应发生还原反应。1.原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表：原电池正负极判断依据判断依据正极负极电极材料________________________________电子流向__________________电极反应__________________电极现象____________________________离子移向阳离子移向阴离子移向判断依据正极负极电极材料________________________________电子流向__________________电极反应__________________电极现象____________________________离子移向阳离子移向阴离子移向电极减轻不活泼金属或非金属导体活泼金属电子流入电子流出还原反应氧化反应电极增重或产生气体2.有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。(1)Zn发生____反应，是___极，电极反应式是________________________。(2)Ag2O发生______反应，是___极，电极反应式是____________________

。Zn＋2OH－2e－===Zn(OH)2Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－氧化负还原正已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。(3)根据质量守恒配平电极反应式。(4)复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。原电池正极负极离子导体电子沿导线传递产生电流阴离子移向阳离子移向为活泼金属且不断溶解为不活泼金属或导电非金属发生氧化反应发生还原反应第二课时化学电源生活中的化学电源化学电源:将化学能转化为电能的装置化学电源的分类1.锌锰干电池—+电池材料工作原理特点Zn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+2+2e-=2NH3+H2O+Mn2O3负极：锌筒

正极：石墨

电解质溶液：氯化铵和氯化锌电池材料工作原理特点Zn+2OH--2e-==ZnO+H2O2MnO2+2H2O+2e-==2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOHPb+SO42--2e-=PbSO4

PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O负极：Pb正极：PO2电解质溶液：H2SO4负极：正极：总反应：

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放电充电2.铅蓄电池其他常见可充电电池3.燃料电池电极反应物：负极——燃料正极——氧化剂（氧气）离子导体：酸、碱、盐电解质溶液，熔融碳酸盐，固体电解质，质子交换膜等制作一个简单的燃料电池实验目的：利用所给试剂和仪器设计装置并进行实验，通过该装置将下列反应产生的化学能转化为电能。2H2+O2=2H2O实验用品：KOH溶液，稀硫酸，K2SO4溶液、石墨棒、U形管、橡胶塞、导线、电流表、电源。思考：1.设计电池的基本思路是什么？2.氢氧燃料电池中，正负极反应物是什么？如何获得这些反应物？3.哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？石墨KOH溶液，稀硫酸，K2SO4实验方案的设计与实施设计目标设计思路及依据实验装置实验现象选择实验用品选择实验用品目的获得氢气和氧气制作氢氧燃料电池稀硫酸(或K2SO4溶液)、石墨棒、U形管、橡胶塞、导线、电源稀硫酸(或K2SO4溶液)作离子导体增强导电性；石墨棒做电极；U形管、橡胶塞电解反应装置；导线做电子导体；电源提供电能。稀硫酸(或KOH溶液)、石墨棒、U形管、橡胶塞、导线、电流表稀硫酸(或KOH溶液)作离子导体；石墨棒做电极材料；U形管、橡胶塞电池反应装置；导线做电子导体；电流表检测电流。石墨棒周围有气泡产生电流表指针偏转讨论：1.尝试分析你设计你设计的氢氧燃料电池的工作原理，写出电极反应式。2.若选择不同的电解质溶液（离子导体），对于电极反应式有哪些应影响？3.你认为还可以从哪些方面来改进所设计的原电池？燃料电池工作原理除了氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可以用作燃料电池的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，它可以使用不同的电解质如KOH溶液、H3PO4

溶液、熔融碳酸盐、固体电解质或质子交换膜等作为离子导体。例如，当以KOH溶液作为离子导体时氢氧燃料电池的电极反应为:碱性氢氧燃料电池（离子导体KOH溶液）：负极：

正极：

电池反应：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pH分别如何变化？碱性氢氧燃料电池中pH变小，酸性氢氧燃料电池中pH变大。氢氧燃料电池的反应产物只有水，不产生污染，因而备受青睐。氢氧燃料电池应用在载人航天器上，产生的水还可以供航天员饮用。近年来氢燃料电池汽车发展迅速，2022年北京冬奥会大规模示范运营我国自主研发的氢燃料电池汽车，助推绿色发展。燃料电池具有能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点，已成为一种发展前景十分广阔的化学电源。氢氧燃料电池中的电极反应氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为H”的反应。如果该反应是在碱性条件下进行的，生成的H”瞬间即与溶液中大量存在的OH结合生成水，因此实际发生的电极反应为:如果反应是在酸性条件或中性条件下进行的，则电极反应为:类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中的氧元素被还原为-2价。通常情况下2价的氧元素只能存在于水分子和OH中，因此，如果是酸性条件，电极反应为如果为中性或碱性条件，则电极反应为由此可见，在书写电极反应时，除了应该考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素的原子得失电子后形成的产物在溶液中的主要存在形式。1.写出下列原电池装置中各部分的作用并分析其电极反应和离子移动方向。2.在如图所示装置中，一段时间后，银片质量会增加，请分析产生上述现象的原因:________________________________________3.纽扣电池的两极材料分别是锌和氧化银，离子导体是KOH溶液。放电时两个电极的电极反应分别为:下列说法中，正确的是()A.锌是负极反应物，氧化银是正极反应物B.锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应C.溶液中OH-

向正极移动，K+、H+

向负极移动D.在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性