化学能转化为电能-原电池

一、原电池 1.概念： 把 化学能 转变为 电能 的装置叫 原电池 2.构成原电池的条件 电极 :活泼性不同的两种金属 (或金属与非金属 ) 作电极 ,较活泼的金属作负极 . 电解质溶液 形成闭合回路 . (4)自发进行的氧化还原反应发生 ( H0) 3.原电池的工作原理 (以 Zn|H2SO4 |Cu原理池为例 ) ： 原电池反应 : 2H+ + Zn = H2 + Zn2+ 2e- 负极 正极 e- e- e- 现象 :锌片逐渐 溶解 ;铜片上有 大量气泡产物 生 2H+2e- =H2 Zn-2e=Zn2+ 氧化反应 还原反应 Zn (负 ) Cu (正 ) 外电路 稀 硫酸 SO42- H+ 内电路 结论 工作原理 :将化学能转变为电能 . 在负极发生 氧化反应 ,正极发生 还原反应 ;在外电路 ,电子由负 极流向正极 ;在内电路 ,阴离子向负极移动 ,阳离子向正极移动 . 1.原电池的正负极判断方法 . 利用原电池总反应判断 : 负极 :还原剂作负极或在负极反应 ,失电子 ,发生氧化反应的 一极 ,电子流出的一极 . 正极 :氧化剂作正极或在正极反应 .得电子 ,发生还原反应的 一极 ,电子流入的一极 . 利用电流方向判断 :电流由正极流向负极 根据离子定向移动判断 :阳离子移向正极 ,阴离子移向负极 . 根据电极材料判断 :一般是活泼的金属作负极 ,不活泼的金 属或能导电非金属作正极 . 根据实验现象判断 :能溶解的一极为负极 ,有气体析出或金 属单质析出的一极为正极 (活泼金属作负极 ,酸或不活泼的金属 盐溶液作电解质溶液 ) 二、常见问题 2.电极反应式的书写 原电池反应 电极反应式： 负极：还原剂 -ne-=氧化产物 正极：氧化剂 +ne-=还原产物 原电池反应式 =正极反应式 +负极反应式 Mg Al A X溶液 例 2. 右图为 Mg与 Al与 X溶液组成的一原电池。 试按要求回答问题。 X为硫酸时，原电池总反应式 (离子方程式 ) _ 负极为 _,电极反应式为 :_, 正极为 _,电极反应式为 _ Mg+2H+=H2+Mg2+ Mg Mg-2e-=Mg2+ 2H+2e-=H2 Al 氧化剂 + 还原剂 = 还原产物 + 氧化产物 + - ne- 2Al+8OH- -6e- =2Al(OH) 4_ 2Al+2OH-+2H2O=2Al(OH) 4_ +3H2 6H2O+6e- =3H2+6OH- 当 X为 NaOH时，原电池反应的离子方程式： _ _为负极 ,电极反应式 :_ _为正极 ,电极反应式 :_ Mg Al 当 X溶液改为浓硝酸 ,Mg改为 Cu，原电池反应的离 子方程式： _ _为负极 ,电极反应式 :_ _为正极 ,电极反应式 :_ Cu+4H+2NO3-=Cu2+2NO2+2H2O Cu Cu-2e-=Cu2+ Al 4H+2NO3-+2e- =2NO2+2H2O 3.原电池的设计 例 1. 利用反应 Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设计一个单 液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图， 并写出电极反应。 (+) (-) G Zn Pt FeCl3 溶液 负极 （ Zn） ： Zn-2e-=Zn2+（ 氧化反应 ） 正极 （ Pt或 C） ： 2Fe3+2e-=2Fe2+（ 还原反应 ） 盐桥 Zn C ZnCl2溶液 FeCl3溶液 G 能产生 持续、 稳定电流的原电池装置 1盐桥的作用是什么？ 提示： 盐桥的作用：避免负极失去的电子不经外电路直 接转移给溶液中得电子的微粒，降低发电效率；维持电 解质溶液中的电荷平衡；构成闭合回路 二、化学电源 锂电池 干电池 叠层电池 纽扣电池 （各类电池） 1.干电池 （普通锌锰电池） 电极反应方程式： 负极： 正极： Zn 2e- = Zn2+ 2MnO2 + 2NH4+ + 2e- = Mn2O3 + 2NH3 + H2O 反应总的方程式 2MnO2+2NH4+ Zn=Mn2O3+2NH3+H2O+Zn2+ 碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵 做电解质，结构如图 1 3 8所示， 其电极反应为： 锌锰碱性电池： 锌锰碱性电池是一种新型的 干电池。负极材料由锌片改 为锌粉，正极材料为 MnO2 , 还原产物为 Mn2O3 ,电解质是 KOH溶液，其放电曲线如图 所示： 该电池有何优点？ 优点 : 工作电动势稳定 ,电池的容量和放电时间增加了几倍 锂电池 2、铅蓄电池 Pb + PbO2 + 2H2SO4 = PbSO4 + 2H2O 负极材料： 正极材料： 电解质： Pb PbO2 H2SO4 不溶于水的 白色沉淀 电池反应方程式： 放电是 原电池 原理； 充电是 电解 原理 铅蓄电池：放电是 原电池 原理； 充电是 电解 原理 放电时，为原电池 负极 ： Pb 2e - SO42- PbSO4 正极： PbO 2 SO42- 4 H+ 2e- PbSO4 2 H2O 电池反应 ： Pb PbO2 2H2SO4 = 2PbSO4 2 H2O 充电时，为电解池 阳极 ： PbSO4 2e - 2 H2O PbO2 SO42- 4 H+ 阴极 ： PbSO4 + 2e - Pb SO42- 总式 ： PbSO4 2 H2O = Pb PbO2 H2SO4 3、新型燃料电池 原理相同： 工作时发生的仍然是氧化还原反应 特点： 工作时氧化剂和还原剂是从外界不断输 入的， 同时将电极产物不断排出电池。 燃料电池是名副其实的把能源中燃料燃 烧反应的化学能直接转化为电能的“能 量转换器”。能量转换率很高。 燃料电池 氢氧燃料电池 电池反应为： 燃料电池优点 : 能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点 在碱性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应 ： 在酸性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应： 总反应： 总反应： 氢氧燃料电池 电池反应为： 在碱性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应： 在酸性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应 ： 甲烷燃料电池 思：试写甲醇燃料电池正负极反应式？ +2CO32-