電池的工作原理

1、電化學(xué)電化學(xué)：指研究化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn)指研究化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn) 換的換的裝置、過程裝置、過程和和效率效率的科學(xué)。的科學(xué)。過程及裝置分過程及裝置分按電化學(xué)反應(yīng)按電化學(xué)反應(yīng)2. 由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置 (如如:電解池電解池)1. 由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 (如如:原電池等原電池等)Zn+ Cu2+ Zn2+ + CuZn+ Cu2+ Zn2+ + Cu一、原電池一、原電池1 1、定義：把、定義：把化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔艿难b的裝置。置。a a、構(gòu)成條件：、構(gòu)成條件：2 2、原、原 電電 池的工作原理池的工作原理 酒精稀H2SO4稀H

2、2SO4ABCDECuSO4原電池原電池失電子失電子氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)得電子得電子還原反應(yīng)還原反應(yīng)簡單原電池的正負(fù)極和電子流向如何判斷？簡單原電池的正負(fù)極和電子流向如何判斷？負(fù)極負(fù)極（）：是是不活潑金屬或非金屬不活潑金屬或非金屬，正極正極（+）：是是活潑金屬活潑金屬， 本身本身失去電子失去電子，發(fā)生發(fā)生氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)。進(jìn)電子進(jìn)電子 ，本身不反應(yīng)，本身不反應(yīng)，得電子得電子發(fā)生發(fā)生還原反應(yīng)還原反應(yīng)。是溶液中的是溶液中的陽離子陽離子v想一想想一想用活潑性不同的兩種金屬作為電用活潑性不同的兩種金屬作為電極形成原電池時，較活潑的金屬一定是原極形成原電池時，較活潑的金屬一定是原電池的負(fù)極嗎？電池的負(fù)極嗎？

3、v提示：提示：不一定。如將鎂、鋁插入氫氧化鈉不一定。如將鎂、鋁插入氫氧化鈉溶液中形成原電池，鎂較活潑，但因?yàn)殒V溶液中形成原電池，鎂較活潑，但因?yàn)殒V不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，而鋁不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，而鋁v與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，鋁被與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，鋁被氧化是負(fù)極，則鎂條為正極。氧化是負(fù)極，則鎂條為正極。v靈犀一點(diǎn)：v原電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，原電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，正極發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子。失去電子，正極發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子。對于具體問題要具體分析，不能想當(dāng)然，對于具體問題要具體分析，不能想當(dāng)然，不然就會落入出題者的陷阱當(dāng)中，如：不然就會

4、落入出題者的陷阱當(dāng)中，如：鐵、銅和濃硝酸組成的電池，雖然鐵的活鐵、銅和濃硝酸組成的電池，雖然鐵的活潑性比較強(qiáng)，但潑性比較強(qiáng)，但Fe與濃與濃HNO3發(fā)生鈍化，發(fā)生鈍化，而銅不可以，因此銅做負(fù)極，鐵做正極。而銅不可以，因此銅做負(fù)極，鐵做正極。鎂、鋁和鎂、鋁和NaOH溶液組成原電池，做負(fù)溶液組成原電池，做負(fù)極的應(yīng)該是鋁，而不是鎂。極的應(yīng)該是鋁，而不是鎂。 v鹽橋：在鹽橋：在U U型管中裝型管中裝滿用飽和滿用飽和KClKCl溶液和溶液和瓊脂做成的凍膠。瓊脂做成的凍膠。鹽橋的作用：鹽橋的作用： 使使ClCl- -向鋅鹽方向移向鋅鹽方向移動，動，K K+ +向銅鹽方向移動，向銅鹽方向移動，使使ZnZn鹽和

5、鹽和CuCu鹽溶液一直鹽溶液一直保持電中性，從而使電保持電中性，從而使電子不斷從子不斷從ZnZn極流向極流向CuCu極。這樣可以大大提高極。這樣可以大大提高電池效率。電池效率。 原電池是由兩個原電池是由兩個半電池半電池組成的；半電組成的；半電池包括電極材料和電解質(zhì)溶液，兩個隔離池包括電極材料和電解質(zhì)溶液，兩個隔離的半電池通過鹽橋連接起來。半電池中的的半電池通過鹽橋連接起來。半電池中的反應(yīng)就是反應(yīng)就是半反應(yīng)半反應(yīng)即即電極反應(yīng)。電極反應(yīng)。所以半電池所以半電池又叫又叫電極電極。正極（銅電極）：正極（銅電極）：CuCu2+ 2+ + 2e+ 2e- - = = CuCu 負(fù)極（鋅電極）：負(fù)極（鋅電極）

6、：Zn - 2eZn - 2e- - = Zn= Zn2+2+ 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：Zn+ Cu2+ = Cu+ Zn2+（總反應(yīng)）（總反應(yīng)）練練習(xí)習(xí)判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說明理由；若是，請指出正負(fù)極名稱，并寫出電極明理由；若是，請指出正負(fù)極名稱，并寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。反應(yīng)式和總反應(yīng)式。()()()2H+2e-H2負(fù)極：負(fù)極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：正極正極：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2()()負(fù)極負(fù)極：正極正極：總反應(yīng)總反應(yīng)：正極：正極：負(fù)極負(fù)極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn2e- Zn2+2H+2e- H2Zn+2H+Zn2+

7、H2Fe2e - Fe2+Cu2+2e- CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4 ()()負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn2e-Zn2+Cu2+2e-CuZn+Cu2+Zn2+Cu或或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu()()負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Fe2e- Fe2+2H+2e-H2Fe+2H+ Fe2+H2或或 Fe+H2SO4FeSO4+H2Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu 化合價升高失化合價升高失2e-化合價降低得化合價降低得2e-CuSO4FeCu自主活動自主活動 請利用：請利用： Fe+Cu2+=Fe2+Cu的反應(yīng)原理，

8、的反應(yīng)原理，設(shè)計一個能持續(xù)產(chǎn)生電流的原電池裝置，并寫出兩個設(shè)計一個能持續(xù)產(chǎn)生電流的原電池裝置，并寫出兩個電極上的電極反應(yīng)電極上的電極反應(yīng)解析解析 1、根據(jù)氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移判斷、根據(jù)氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移判斷電極反應(yīng)電極反應(yīng)。2、根據(jù)電極反應(yīng)確定合適的、根據(jù)電極反應(yīng)確定合適的電極材料電極材料和和電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液負(fù)極：負(fù)極：Fe2e- = Fe2+ 正極：正極： Cu2+ + 2e- = Cu電極：負(fù)極是電極：負(fù)極是Fe，正極可以是，正極可以是Cu或或C等。等。電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液： CuSO4 、FeSO4 FeSO4v電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液的選擇v電解質(zhì)是使負(fù)極放電的物質(zhì)。電解質(zhì)是

9、使負(fù)極放電的物質(zhì)。因此電解質(zhì)因此電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)(如空氣中的氧氣如空氣中的氧氣)。但如果兩個半反。但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進(jìn)行應(yīng)分別在兩個容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子電極材料相同的陽離子。如在銅。如在銅-鋅鋅-硫酸硫酸構(gòu)成的原電池中，負(fù)極金屬鋅浸泡在含有構(gòu)成的原電池中，負(fù)極金屬鋅浸泡在含有Zn2的電解質(zhì)溶液中，而正極銅浸泡在含的電解質(zhì)溶液中，而

10、正極銅浸泡在含有有Cu2的電解質(zhì)溶液中。的電解質(zhì)溶液中。2、依探究實(shí)驗(yàn)、依探究實(shí)驗(yàn)2的原理，按的原理，按：Cu+2AgNOCu+2AgNO3 3=Cu(NO=Cu(NO3 3) )2 2+2Ag +2Ag 的反應(yīng)設(shè)計一個能持續(xù)產(chǎn)生電流的原電池裝置的反應(yīng)設(shè)計一個能持續(xù)產(chǎn)生電流的原電池裝置, ,畫出裝畫出裝置圖。置圖。 CnSO4AgNO3ACnAg3.為獲得較長時間的穩(wěn)定電流為獲得較長時間的穩(wěn)定電流,如何將由如何將由“Zn-稀稀H2SO4-Cu”組成的原電池（如左下圖）進(jìn)行簡單改裝？組成的原電池（如左下圖）進(jìn)行簡單改裝？ZnSO4H2SO4AZn CuCuZnH2SO4A【小結(jié)【小結(jié)】2. 兩個

11、電極相連插入電解質(zhì)溶液中并形成閉合電路；兩個電極相連插入電解質(zhì)溶液中并形成閉合電路；1 1. .；二二. .構(gòu)成原電池的基本條件構(gòu)成原電池的基本條件：一一. .原電池原電池：3 3. .有可自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。有可自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。三三. .加入鹽橋后由兩個半電池組成的原電池工作原理加入鹽橋后由兩個半電池組成的原電池工作原理：1. 用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)(如如:活潑金屬活潑金屬)作負(fù)極作負(fù)極,向外電路提供電子向外電路提供電子; 用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作正極用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作正極,并在正極上得到電子并在正極上得到電子;2. 原電池在放電時原電池在放電時,負(fù)極上的電子經(jīng)過導(dǎo)線

12、流向正極，而氧化性負(fù)極上的電子經(jīng)過導(dǎo)線流向正極，而氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)從正極上得到電子，兩極之間再通過較強(qiáng)的物質(zhì)從正極上得到電子，兩極之間再通過鹽橋鹽橋及池內(nèi)及池內(nèi)溶溶液中的陰、陽離子液中的陰、陽離子定向運(yùn)動形成的內(nèi)電路構(gòu)成有穩(wěn)定電流的閉定向運(yùn)動形成的內(nèi)電路構(gòu)成有穩(wěn)定電流的閉合回路。合回路。把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 正負(fù)兩極上進(jìn)出電子總數(shù)相等，根據(jù)正負(fù)兩極上進(jìn)出電子總數(shù)相等，根據(jù)電子守恒電子守恒原原理可進(jìn)行許多有關(guān)電極反應(yīng)的計算。理可進(jìn)行許多有關(guān)電極反應(yīng)的計算。 原電池反應(yīng)跟直接反應(yīng)差別：原電池反應(yīng)跟直接反應(yīng)差別： 反應(yīng)速率加快；一般只有一個電極直接參加反應(yīng)。反

13、應(yīng)速率加快；一般只有一個電極直接參加反應(yīng)。原電池的工作原理是將氧化還原反應(yīng)分在正（還原電池的工作原理是將氧化還原反應(yīng)分在正（還原）、負(fù)（氧化）兩極進(jìn)行，負(fù)極上失去的電子流入原）、負(fù)（氧化）兩極進(jìn)行，負(fù)極上失去的電子流入正極，從而產(chǎn)生電流。正極，從而產(chǎn)生電流。明確以下幾點(diǎn)明確以下幾點(diǎn)利用原電池原理利用原電池原理 可制作各種電池，如干電池、鉛可制作各種電池，如干電池、鉛蓄電池、銀鋅電池、鋰電池、氫氧燃料電池蓄電池、銀鋅電池、鋰電池、氫氧燃料電池。v【案例1】(2010廣東理綜)銅鋅原電池(如圖)工作時，下列敘述正確的是()正極反應(yīng)為：正極反應(yīng)為：Zn2e=Zn2電池反應(yīng)為：電池反應(yīng)為：ZnCu2=

14、Zn2Cu在外電路中，在外電路中，電子從負(fù)極流向正極電子從負(fù)極流向正極鹽橋中的鹽橋中的K移向移向ZnSO4溶液溶液ABCD2、用銅片、銀片、用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線溶液、導(dǎo)線和鹽橋和鹽橋(裝有瓊脂裝有瓊脂KNO3的的U型管型管)構(gòu)成一個原電池。構(gòu)成一個原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是()在外電路中，電流由銅電極流向銀電極在外電路中，電流由銅電極流向銀電極正極反應(yīng)正極反應(yīng)為為Age=Ag實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作仍繼續(xù)工作將銅片浸入將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)

15、與該原電池反應(yīng)相同反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A. BCDv【案例【案例2】(2009福建理綜福建理綜)控制適合的條件，將反應(yīng)控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe32I2Fe2I2設(shè)計成如下圖所示的原電池。設(shè)計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是下列判斷不正確的是()A反應(yīng)開始時，反應(yīng)開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B反應(yīng)開始時，反應(yīng)開始時，甲中石墨電極上甲中石墨電極上Fe3被還原被還原C電流計讀數(shù)為零時，電流計讀數(shù)為零時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D電流計讀數(shù)為零后，電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負(fù)極固體，乙中石墨電極為負(fù)極v3、依據(jù)氧化還原反應(yīng)、依據(jù)氧化還原反應(yīng)2