化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 電池

第三節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能----電池電化學(xué)：指研究化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn)換的裝置、過程和效率的科學(xué)。過程及裝置分按電化學(xué)反應(yīng)2.將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置稱電解池｛1.將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置稱原電池知識回顧探究1：預(yù)測Ｐ19[實驗1]的現(xiàn)象和結(jié)論

現(xiàn)象:鋅粉溶解,有紅色物質(zhì)析出,溫度計顯示溫度迅速上升.結(jié)論:Zn+Cu2+＝Zn2++Cu化學(xué)能熱能探究2：預(yù)測Ｐ１9[實驗2]的現(xiàn)象和結(jié)論

現(xiàn)象:鋅片變細(xì),銅上有紅色物質(zhì)析出,電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).結(jié)論:化學(xué)能電能Zn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+＝Zn2++Cu2e-Cu2++2e-=Cu原電池原電池“負(fù)極出電子，電子回正極”負(fù)極必發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)正極必發(fā)生得電子的還原反應(yīng)原電池工作原理示意圖ZnCuCuZn---Zn2+H+H+陽離子陰離子正極負(fù)極SO42-原電池的工作原理一、原電池1.概念：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫

原電池2.構(gòu)成原電池的條件⑴電極:活潑性不同的兩種金屬(或金屬與非金屬)作電極,較活潑的金屬作負(fù)極.⑵電解質(zhì)溶液⑶形成閉合回路.(4)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(△H<0)3.原電池的工作原理(以Zn|H2SO4|Cu原理池為例)：原電池反應(yīng):2H++Zn=H2↑+Zn2+2e-負(fù)極正極e-e-e-現(xiàn)象:鋅片逐漸溶解;銅片上有大量氣泡產(chǎn)物生2H++2e-=H2↑Zn-2e=Zn2+氧化反應(yīng)還原反應(yīng)Zn(負(fù))Cu(正)外電路稀硫酸SO42-H+內(nèi)電路[結(jié)論]工作原理:將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?

在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng);在外電路,電子由負(fù)極流向正極;在內(nèi)電路,陰離子向負(fù)極移動,陽離子向正極移動.1.原電池的正負(fù)極判斷方法.⑴利用原電池總反應(yīng)判斷:①負(fù)極:還原劑作負(fù)極或在負(fù)極反應(yīng),失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極,電子流出的一極.②正極:氧化劑作正極或在正極反應(yīng).得電子,發(fā)生還原反應(yīng)的一極,電子流入的一極.⑵利用電流方向判斷:電流由正極流向負(fù)極⑶根據(jù)離子定向移動判斷:陽離子移向正極,陰離子移向負(fù)極.⑷根據(jù)電極材料判斷:一般是活潑的金屬作負(fù)極,不活潑的金屬或能導(dǎo)電非金屬作正極.⑸根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷:能溶解的一極為負(fù)極,有氣體析出或金屬單質(zhì)析出的一極為正極(活潑金屬作負(fù)極,酸或不活潑的金屬鹽溶液作電解質(zhì)溶液)二、常見問題2.電極反應(yīng)式的書寫⑴原電池反應(yīng)⑵電極反應(yīng)式：負(fù)極：還原劑-ne-=氧化產(chǎn)物正極：氧化劑+ne-=還原產(chǎn)物⑶原電池反應(yīng)式=正極反應(yīng)式+負(fù)極反應(yīng)式MgAlAX溶液

例2.右圖為Mg與Al與X溶液組成的一原電池。試按要求回答問題。⑴X為硫酸時，原電池總反應(yīng)式(離子方程式)___________________________________負(fù)極為_____,電極反應(yīng)式為:_____________,正極為_____,電極反應(yīng)式為______________Mg+2H+=H2↑+Mg2+MgMg-2e-=Mg2+2H++2e-=H2↑Al氧化劑+還原劑=還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物+-ne-2Al+8OH--6e-=2[Al(OH)4]_

2Al+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]_

+3H2↑6H2O+6e-=3H2↑+6OH-⑵當(dāng)X為NaOH時，原電池反應(yīng)的離子方程式：________________________________________為負(fù)極,電極反應(yīng)式:____________________為正極,電極反應(yīng)式:________________MgAl⑶當(dāng)X溶液改為濃硝酸,Mg改為Cu，原電池反應(yīng)的離子方程式：________________________________________為負(fù)極,電極反應(yīng)式:__________________________為正極,電極反應(yīng)式:______________________Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2OCuCu-2e-=Cu2+Al4H++2NO3-+2e-=2NO2↑+2H2O3.原電池的設(shè)計

例1.利用反應(yīng)Zn+CuCl2

=ZnCl2+Cu

，設(shè)計一個單液原電池，一個雙液原電池（使用鹽橋），畫出原電池的示意圖，并寫出電極反應(yīng)。(+)(-)

G

ZnPtCuCl2溶液負(fù)極（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極（Pt或C）：Cu2++2e-=Cu（還原反應(yīng)）鹽橋ZnCZnCl2溶液CuCl2溶液G

能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定電流的原電池裝置鹽橋：在U型管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊膠作成的凍膠。這種裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽Q為原電池鹽橋的作用：使Cl-向鋅鹽方向移動，K+向銅鹽方向移動，使Zn鹽和Cu鹽溶液一直保持電中性，從而使電子不斷從Zn極流向Cu極。增加電流效率。提示：鹽橋的作用為避免負(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；維持電解質(zhì)溶液中的電荷平衡；構(gòu)成閉合回路．（不可以）（不可以）CuAg（不可以）鐵碳食鹽水電流微弱√√√√5.利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池；2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣；1.進(jìn)行金屬活動性強(qiáng)弱比較；3.電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護(hù)。如在鐵器表面鍍鋅（白鐵皮即鍍鋅鐵）。4、原電池的主要應(yīng)用：4.解釋某些化學(xué)現(xiàn)象(1)比較金屬活動性強(qiáng)弱。例1：下列敘述中，可以說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，甲上有H2氣放出；B.在氧化還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；（C）原電池原理應(yīng)用：(2)比較反應(yīng)速率例2：下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是粗鋅和1mol/L鹽酸；B.A.純鋅和1mol/L硫酸；純鋅和18mol/L硫酸；C.粗鋅和1mol/L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。D.（D

）原電池原理應(yīng)用：(3)比較金屬腐蝕的快慢例3：下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是(5)(2)(1)(3)(4)原電池原理應(yīng)用：例4：下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(2)(1)(3)(4)判斷溶液pH值變化例5：在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4溶液的濃度為0.125mol/L,若工作一段時間后，從裝置中共收集到0.168L升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為——mol,溶液的pH值變_______(填“變大”、“變小”、“不變”)？（溶液體積變化忽略不計）變大

0.015原電池原理應(yīng)用：無論是總反應(yīng)式還是電極反應(yīng)式，都要滿足電子轉(zhuǎn)移守恒等電量法(5)原電池原理的綜合應(yīng)用例6：市場上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等?！盁岱蟠眴⒂弥坝盟芰洗蛊渑c空氣隔絕，啟用時，打開塑料袋輕輕揉搓就會放出熱量。使用完后，會發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在?！盁岱蟠笔抢?/p>

放出熱量。2)炭粉的主要作用是

。3)加入氯化鈉的主要作用是

。4)木屑的作用是

。鐵被氧化

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)溶液使用“熱敷袋”時受熱均勻原電池原理應(yīng)用：二、化學(xué)電源鋰電池干電池疊層電池紐扣電池（各類電池）1.干電池（普通鋅錳電池）電極反應(yīng)方程式：負(fù)極：正極：Zn–2e-=Zn2+2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O反應(yīng)總的方程式2MnO2+2NH4++Zn=Mn2O3+2NH3↑+H2O+Zn2+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1—3—8所示，其電極反應(yīng)為：鋅錳堿性電池：

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

放電是原電池原理；充電是電解原理

鉛蓄電池：放電是原電池原理；充電是電解原理

放電時，為原電池

負(fù)極：Pb

－2e-

＋SO42-

PbSO4正極：PbO2

＋SO42-

＋4H++

2e-PbSO4＋2H2O

電池反應(yīng)：Pb

＋

PbO2

＋2H2SO4=2PbSO4

＋2H2O

充電時，為電解池陽極：PbSO4

－2e-

＋2H2OPbO2

＋SO42-

＋4H+

陰極：PbSO4+2e-

Pb

＋SO42-總式：PbSO4

＋2H2O

==

Pb

＋

PbO2

＋H2SO4

3、新型燃料電池原理相同：工作時發(fā)生的仍然是氧化還原反應(yīng)特點：工作時氧化劑和還原劑是從外界不斷輸入的，同時將電極產(chǎn)物不斷排出電池。燃料電池是名副其實的把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。能量轉(zhuǎn)換率很高。燃料電池氫氧燃料電池電池反應(yīng)為：

燃料電池優(yōu)點:能量利用效率高、可連續(xù)使用和污染輕等優(yōu)點氫氧燃料電池電極反應(yīng)總反應(yīng)：

2H2+O2=2H2O

酸性負(fù)極正極中性負(fù)極

正極堿性負(fù)極正極2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2O

O2+2H2O+4e-=4OH-甲烷燃料電池思：試寫甲醇燃料電池正負(fù)極反應(yīng)式？+2CO32-練習(xí)⒈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，并寫出電極反應(yīng)式.①②③(×)(×)(∨)2H++2e-＝H2↑負(fù)極：總反應(yīng)：正極：Zn－2e-＝Zn2+Zn+2H+＝Zn2++H2↑⑤④(∨