化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——原電池

1、第三節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能原電池電化學(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(guò)程裝置、過(guò)程和和效率效率的科學(xué)。的科學(xué)。過(guò)程及裝置分按電化過(guò)程及裝置分按電化學(xué)反應(yīng)學(xué)反應(yīng)2. 將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置稱(chēng)將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置稱(chēng)電解池電解池1. 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱(chēng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱(chēng)原電池原電池鋅粉溶解鋅粉溶解,有紅色物質(zhì)析出有紅色物質(zhì)析出,溫度計(jì)顯示溫度迅速上升溫度計(jì)顯示溫度迅速上升.Zn+ Cu2+Zn2+ Cu鋅片變細(xì)鋅片變細(xì),銅上有紅色物質(zhì)析出銅上有紅色物質(zhì)析出,電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).Zn+ Cu2+Zn2+ + Cu原

2、電池原電池負(fù)極負(fù)極必發(fā)生必發(fā)生失電子失電子的的氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)正極正極必發(fā)生必發(fā)生得電子得電子的的還原反應(yīng)還原反應(yīng)ZnCuCuZn- - -Zn2+H+H+陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子正極正極負(fù)極負(fù)極SO42-原原 電電 池的工作原理池的工作原理一、原電池一、原電池1.概念：概念：把把化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔艿难b置叫的裝置叫 原電池原電池2.構(gòu)成原電池的條件構(gòu)成原電池的條件電極電極:活潑性不同的兩種金屬活潑性不同的兩種金屬(或金屬與非金屬或金屬與非金屬)作電極作電極,較活潑的金屬作負(fù)極較活潑的金屬作負(fù)極.電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液形成閉合回路形成閉合回路.(4)(4)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生自

3、發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生( (H0H0) )3.原電池的工作原理原電池的工作原理(以以Zn|H2SO4 |Cu原理池為例原理池為例) ：原電池反應(yīng)原電池反應(yīng): 2H+ + Zn = H2 + Zn2+2e-負(fù)極負(fù)極正極正極e-e-e-現(xiàn)象現(xiàn)象:鋅片逐漸鋅片逐漸溶解溶解;銅片上有銅片上有大量氣泡產(chǎn)物大量氣泡產(chǎn)物生生2H+2e- =H2Zn-2e=Zn2+氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)Zn(負(fù)負(fù))Cu(正正)外電路外電路稀稀硫酸硫酸SO42-H+內(nèi)電路內(nèi)電路結(jié)論結(jié)論工作原理工作原理:將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軐⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? 在負(fù)極發(fā)生在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)氧化反應(yīng),正極發(fā)生正極發(fā)生還原反應(yīng)還原反應(yīng);在

4、外電路在外電路,電子由負(fù)電子由負(fù)極流向正極極流向正極;在內(nèi)電路在內(nèi)電路,陰離子向負(fù)極移動(dòng)陰離子向負(fù)極移動(dòng),陽(yáng)離子向正極移動(dòng)陽(yáng)離子向正極移動(dòng). 1.原電池的正負(fù)極判斷方法原電池的正負(fù)極判斷方法. 利用原電池總反應(yīng)判斷利用原電池總反應(yīng)判斷: 負(fù)極負(fù)極:還原劑作負(fù)極或在負(fù)極反應(yīng)還原劑作負(fù)極或在負(fù)極反應(yīng),失電子失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)的發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一極,電子流出的一極電子流出的一極. 正極正極:氧化劑作正極或在正極反應(yīng)氧化劑作正極或在正極反應(yīng).得電子得電子,發(fā)生還原反應(yīng)的發(fā)生還原反應(yīng)的一極一極,電子流入的一極電子流入的一極. 利用電流方向判斷利用電流方向判斷:電流由正極流向負(fù)極電流由正極流向負(fù)極 根

5、據(jù)離子定向移動(dòng)判斷根據(jù)離子定向移動(dòng)判斷:陽(yáng)離子移向正極陽(yáng)離子移向正極,陰離子移向負(fù)極陰離子移向負(fù)極. 根據(jù)電極材料判斷根據(jù)電極材料判斷:一般是活潑的金屬作負(fù)極一般是活潑的金屬作負(fù)極,不活潑的金不活潑的金屬或能導(dǎo)電非金屬作正極屬或能導(dǎo)電非金屬作正極. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷:能溶解的一極為負(fù)極能溶解的一極為負(fù)極,有氣體析出或金有氣體析出或金屬單質(zhì)析出的一極為正極屬單質(zhì)析出的一極為正極(活潑金屬作負(fù)極活潑金屬作負(fù)極,酸或不活潑的金屬酸或不活潑的金屬鹽溶液作電解質(zhì)溶液鹽溶液作電解質(zhì)溶液)二、常見(jiàn)問(wèn)題二、常見(jiàn)問(wèn)題2.電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)原電池反應(yīng)原電池反應(yīng)電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式：

6、負(fù)極：還原劑負(fù)極：還原劑-ne-=氧化產(chǎn)物氧化產(chǎn)物正極：氧化劑正極：氧化劑+ne-=還原產(chǎn)物還原產(chǎn)物原電池反應(yīng)式原電池反應(yīng)式=正極反應(yīng)式正極反應(yīng)式+負(fù)極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式Mg AlAX X溶液溶液 例例2. 右圖為右圖為Mg與與Al與與X溶液組成的一原電池。溶液組成的一原電池。試按要求回答問(wèn)題。試按要求回答問(wèn)題。X為硫酸時(shí)，原電池總反應(yīng)式為硫酸時(shí)，原電池總反應(yīng)式(離子方程式離子方程式)_負(fù)極為負(fù)極為_(kāi),電極反應(yīng)式為電極反應(yīng)式為:_,正極為正極為_(kāi),電極反應(yīng)式為電極反應(yīng)式為_(kāi)Mg+2H+=H2+Mg2+MgMg-2e-=Mg2+2H+2e-=H2Al氧化劑 + 還原劑=還原產(chǎn)物 +氧化產(chǎn)物+-ne

7、- 2Al+8OH- -6e- =2Al(OH) 4_ 2Al+2OH-+2H2O=2Al(OH) 4_ +3H26H2O+6e- =3H2+6OH-當(dāng)當(dāng)X為為NaOH時(shí)，原電池反應(yīng)的離子方程式：時(shí)，原電池反應(yīng)的離子方程式：_為負(fù)極為負(fù)極,電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式:_為正極為正極,電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式:_MgAl當(dāng)當(dāng)X溶液改為濃硝酸溶液改為濃硝酸,Mg改為改為Cu，原電池反應(yīng)的離子方程式：，原電池反應(yīng)的離子方程式：_為負(fù)極為負(fù)極,電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式:_為正極為正極,電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式:_Cu+4H+2NO3-=Cu2+2NO2+2H2OCuCu-2e-=Cu2+Al4H+2NO3-+2e- =

8、2NO2+2H2O3.原電池的設(shè)計(jì)原電池的設(shè)計(jì) 例例1. 利用反應(yīng)利用反應(yīng)Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，設(shè)計(jì)一個(gè)單，設(shè)計(jì)一個(gè)單液原電池，一個(gè)雙液原電池（使用鹽橋），畫(huà)出原電池的示意圖，液原電池，一個(gè)雙液原電池（使用鹽橋），畫(huà)出原電池的示意圖，并寫(xiě)出電極反應(yīng)。并寫(xiě)出電極反應(yīng)。 (+)(-) G Zn Pt FeCl3溶液溶液負(fù)極（負(fù)極（Zn）：）： Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）正極（正極（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）鹽橋鹽橋Zn C ZnCl2溶液溶液FeCl3溶液溶液 G 能產(chǎn)生能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定電流的原電池裝置持續(xù)、

9、穩(wěn)定電流的原電池裝置 鹽橋：在鹽橋：在U U型管中裝型管中裝滿(mǎn)用飽和滿(mǎn)用飽和KClKCl溶液和溶液和瓊膠作成的凍膠。瓊膠作成的凍膠。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(dòng)，動(dòng)，K K+ +向銅鹽方向移動(dòng)，向銅鹽方向移動(dòng)，使使ZnZn鹽和鹽和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。增加電流效率。極。增加電流效率。提示：提示：鹽橋的作用：避免負(fù)極失去的電子不經(jīng)外電路直鹽橋的作用：避免負(fù)極失去的電子不經(jīng)外電路直接轉(zhuǎn)移給溶液中得電子的微粒，降低發(fā)電效率；維持電接轉(zhuǎn)移給溶液中得電子的微粒，降低發(fā)電

10、效率；維持電解質(zhì)溶液中的電荷平衡；構(gòu)成閉合回路解質(zhì)溶液中的電荷平衡；構(gòu)成閉合回路（不可以）（不可以）（不可以）（不可以）CuAg（不可以）（不可以）鐵鐵碳碳食鹽水食鹽水電流微弱電流微弱 酒精稀H2SO4BD4、原電池的主要應(yīng)用：、原電池的主要應(yīng)用：(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。例例1：下列敘述中，可以說(shuō)明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是下列敘述中，可以說(shuō)明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是C.將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極；將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極；A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2氣放出氣放出；D.同價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子，甲

11、比乙的氧化性強(qiáng)；同價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；（C）原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：(2)比較反應(yīng)速率比較反應(yīng)速率例例2 ：粗鋅和粗鋅和 1mol/L 鹽酸；鹽酸；B.A. 純鋅和純鋅和1mol/L 硫酸；硫酸；純鋅和純鋅和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗鋅和粗鋅和1mol/L 硫酸的反應(yīng)中加入幾滴硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：(3)比較金屬腐蝕的快慢比較金屬腐蝕的快慢例例3： 下列各情況，在其中下列各情況，在其中Fe片腐蝕由片腐蝕由快快到到慢慢的順序是的順序是(5)(2)(1)(3)(4)原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：例例4

12、：下列裝置中四塊相同的下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時(shí)間后腐蝕速片，放置一段時(shí)間后腐蝕速率由率由慢慢到到快快的順序是的順序是(4)(2)(1)(3)(4)判斷溶液判斷溶液pH值變化值變化例例5：在在Cu-Zn原電池中，原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為溶液的濃度為0.125mol/L , 若工作一段時(shí)間后，從裝置中共收若工作一段時(shí)間后，從裝置中共收集到集到 0.168L升氣體，則流過(guò)導(dǎo)線的電子為升氣體，則流過(guò)導(dǎo)線的電子為 mol,溶液的溶液的pH值變值變_(填填“變大變大”、“變變小小”、“不變不變”)？（溶液體積變化忽略不計(jì)）？（溶液體積變化忽略不計(jì)）0.015原電池原理應(yīng)用

13、：原電池原理應(yīng)用：(5)原電池原理的綜合應(yīng)用原電池原理的綜合應(yīng)用 鐵被氧化鐵被氧化與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成原電池，加速鐵屑氧化與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成原電池，加速鐵屑氧化 氯化鈉溶于水、形成電解質(zhì)溶液氯化鈉溶于水、形成電解質(zhì)溶液使用使用“熱敷袋熱敷袋”時(shí)受熱均勻時(shí)受熱均勻原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：二、化學(xué)電源二、化學(xué)電源鋰電池鋰電池干電池干電池疊層電池疊層電池紐扣電池紐扣電池（各類(lèi)電池）（各類(lèi)電池）堿性鋅錳干電池以氫氧化鉀代替氯化銨堿性鋅錳干電池以氫氧化鉀代替氯化銨做電解質(zhì)，結(jié)構(gòu)如圖做電解質(zhì)，結(jié)構(gòu)如圖138所示，所示， 其電極反應(yīng)為：其電極反應(yīng)為：鋅錳堿性電池：鋅錳堿性電池：鋅錳堿性電池是一

14、種新型的鋅錳堿性電池是一種新型的干電池。負(fù)極材料由鋅片改干電池。負(fù)極材料由鋅片改為鋅粉，正極材料為為鋅粉，正極材料為MnO2 ,還原產(chǎn)物為還原產(chǎn)物為Mn2O3 ,電解質(zhì)是電解質(zhì)是KOH溶液，其放電曲線如圖溶液，其放電曲線如圖所示：所示：該電池有何優(yōu)點(diǎn)？該電池有何優(yōu)點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 工作電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定工作電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定,電池的容量和放電時(shí)間增加了幾電池的容量和放電時(shí)間增加了幾倍倍鋰電池鋰電池2、鉛蓄電池、鉛蓄電池Pb + PbO2 + 2H2SO4 = PbSO4 + 2H2O負(fù)極材料：負(fù)極材料：正極材料：正極材料：電解質(zhì)：電解質(zhì)：PbPbO2H2SO4不溶于水的不溶于水的白色沉淀白色沉淀電池反應(yīng)方程式：

15、電池反應(yīng)方程式： 放電是放電是原電池原電池原理；原理； 充電是充電是電解電解原理原理 鉛蓄電池：放電是鉛蓄電池：放電是原電池原電池原理；原理； 充電是充電是電解電解原理原理 放電時(shí)，為原電池放電時(shí)，為原電池 負(fù)極負(fù)極：Pb 2e - SO42- PbSO4正極：正極：PbO2 SO42- 4 H+ 2e- PbSO4 2 H2O 電池反應(yīng)電池反應(yīng)： Pb PbO2 2H2SO4 = 2PbSO4 2 H2O 充電時(shí)，為電解池充電時(shí)，為電解池陽(yáng)極陽(yáng)極：PbSO4 2e - 2 H2O PbO2 SO42- 4 H+ 陰極陰極：PbSO4 + 2e - Pb SO42-總式總式： PbSO4 2

16、H2O = Pb PbO2 H2SO4 同時(shí)將電極產(chǎn)物不斷排出電池。同時(shí)將電極產(chǎn)物不斷排出電池。氫氧燃料電池氫氧燃料電池電池反應(yīng)為：電池反應(yīng)為： 燃料電池優(yōu)點(diǎn)燃料電池優(yōu)點(diǎn):能量利用效率高、可連續(xù)能量利用效率高、可連續(xù)使用和污染輕等優(yōu)點(diǎn)使用和污染輕等優(yōu)點(diǎn)氫氧燃料電池電極反應(yīng)氫氧燃料電池電極反應(yīng)總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2H2 + O2 = 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-甲烷燃料電池甲烷燃料電池思：試寫(xiě)甲醇燃料電池正負(fù)極反應(yīng)式？思：試寫(xiě)甲醇燃料電池正負(fù)極反應(yīng)式？+2CO32-練練習(xí)習(xí)判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請(qǐng)說(shuō)明理由；若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱(chēng)，并請(qǐng)說(shuō)明理由；若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱(chēng)，并寫(xiě)出電極反應(yīng)