原电池的工作原理和化学电源

1化学电源化学电源的分类的分类一次电源：普通锌锰干电池、一次电源：普通锌锰干电池、碱性干电池、碱性干电池、银锌钮扣电池银锌钮扣电池二次电源：铅蓄电池、镍镉电池、二次电源：铅蓄电池、镍镉电池、银锌电池、镍氢电池、银锌电池、镍氢电池、锂电池、锂离子电池锂电池、锂离子电池2锂电池池干干电池池叠叠层电池池纽扣扣电池池各类电池各类电池3（1）钮扣式扣式银锌电池池钮扣扣电池池1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,为为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。4（2 2）干）干电池池(普通普通锌锰电池）池）干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还和淀粉作电解质溶液，还填充填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极，防止产生极化现象。电极总的反应式为：化现象。电极总的反应式为：4NH4Cl+2Zn+2MnO2=Zn(NH3)4Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O碱性碱性锌锰电池（池（书P14P14）5（3）氢氧燃料氧燃料电池池Pt电极H2O2氢氧燃料氧燃料电池模池模拟KOH若将若将氢气气换成甲成甲烷，写出各写出各电极的极的电极反极反应6（4）铅蓄蓄电池池正极材料上正极材料上涂有棕褐色涂有棕褐色的的PbOPbO2 2，负极极材料是海材料是海绵状的金属状的金属铅，两极浸在两极浸在H H2 2SOSO4 4溶液中。溶液中。写出放写出放电时电极反极反应式。式。7（5）银锌电池池正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨，和石墨，负极盖填充极盖填充锌汞合金，汞合金，电解解质溶液溶液KOHKOH。反。反应式式为：2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+AgZn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 写出放写出放电时电极反极反应式。式。充充电放放电8（6）镉镍电池池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+Cd(OH)2 充充电放放电负极材料：极材料：CdCd，正极材料：涂有，正极材料：涂有NiONiO2 2，电解解质：KOHKOH溶液。反溶液。反应式如下：式如下：写出写出电极反极反应式。式。9电极方程式的书写电极方程式的书写1、先根据电极材料、电解质溶液及反应现象，先确定正、先根据电极材料、电解质溶液及反应现象，先确定正负极，然后写电极反应式。在确保正负极转移电子数目负极，然后写电极反应式。在确保正负极转移电子数目相同的前提下，将正负电极反应式相加既得总反应式。相同的前提下，将正负电极反应式相加既得总反应式。2、根据氧化还原方程式找出发生氧化反应和还原反应的、根据氧化还原方程式找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定两极名称和反应物，利用电子守恒写出两极物质，确定两极名称和反应物，利用电子守恒写出两极反应式。反应式。小结小结10【思考】【思考】1、原电池是怎样一个装置、原电池是怎样一个装置2、原电池的构成条件、原电池的构成条件 3、原电池工作原理、原电池工作原理 酒精稀H2SO4稀H2SO4ABCDECuSO411电子电子:负极负极 导线导线 正极正极失电子失电子氧化反应氧化反应得电子得电子还原反应还原反应原原 电电 池池 工工 作作 原原 理理 示示 意意 图图12 实验实验1 1 的现象和结论的现象和结论 锌粉溶解锌粉溶解锌粉溶解锌粉溶解,有红色物质析出有红色物质析出有红色物质析出有红色物质析出,温度计显示温度迅速上温度计显示温度迅速上温度计显示温度迅速上温度计显示温度迅速上升升升升.结论结论结论结论:Zn+Cu2+Zn2+Cu化学能化学能 热能热能CuSO413 实验实验2 2 的现象和结论的现象和结论 现象现象现象现象:锌片变细锌片变细锌片变细锌片变细,铜上有红色物质析出铜上有红色物质析出铜上有红色物质析出铜上有红色物质析出,电流计指针发生偏电流计指针发生偏电流计指针发生偏电流计指针发生偏转转转转.结论结论结论结论:化学能化学能 电能电能Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+Zn+Cu2+Zn2+Cu2e2e-CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu取出盐桥：取出盐桥：？电流中断电流中断14盐桥盐桥：在在U型管中装满用饱和型管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作溶液和琼胶作成的冻胶。成的冻胶。盐桥的作用盐桥的作用：使使ClCl-向锌盐方向移动，向锌盐方向移动，K K+向铜盐方向移动，向铜盐方向移动，使使ZnZn盐和盐和CuCu盐溶液一直保持电中性，从而使电盐溶液一直保持电中性，从而使电子顺利地不断从子顺利地不断从ZnZn极流向极流向CuCu极。极。15原电池原电池（含盐桥）：（含盐桥）：1、两个半电池（一般为不同的两个电极和电解质溶液）、两个半电池（一般为不同的两个电极和电解质溶液）2、盐桥（通常为含有、盐桥（通常为含有KCl饱和溶液的琼脂）饱和溶液的琼脂）3、用导线相连组成闭合回路、用导线相连组成闭合回路原理：原理：电极反应和总反应：电极反应和总反应：Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu负极：负极：负极：负极：Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+正极：正极：正极：正极：CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu总反应：总反应：Zn+Cu2+Zn2+Cu构构成：成：16 正负极的判断：正负极的判断：负极：负极：失去电子（发生氧化反应，一般为失去电子（发生氧化反应，一般为 较活泼的金属电极）较活泼的金属电极）正极：正极：得到电子（发生还原反应一般为较不得到电子（发生还原反应一般为较不活泼金属或非金属）活泼金属或非金属）（单位时间内负极失电子数与正极得电子数（单位时间内负极失电子数与正极得电子数相等）相等）17 电极方程式的书写电极方程式的书写1、先根据电极材料、电解质溶液及反应现象，、先根据电极材料、电解质溶液及反应现象，再确定正负极，然后写电极反应式。在确保正再确定正负极，然后写电极反应式。在确保正负极转移电子数目相同的前提下，将正负电极负极转移电子数目相同的前提下，将正负电极反应式相加既得总反应式。反应式相加既得总反应式。2、根据氧化还原方程式找出发生氧化反应和还、根据氧化还原方程式找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定两极名称和反应物，利用原反应的物质，确定两极名称和反应物，利用电子守恒写出两极反应式。电子守恒写出两极反应式。18练练习习1、判断下列哪些装置构成了原电池？、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式负极名称，并写出电极反应式.1()2H+2e-H2负极负极：总反应：总反应：正极正极：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H219()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2Zn+2H+Zn2+H2()正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：Fe2e-Fe2+Cu2+2e-CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4232054()()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2Zn+2H+H2+Cu21甲2、把金属甲和乙分别插入稀硫酸中，观察到、把金属甲和乙分别插入稀硫酸中，观察到金属甲表面有气泡产生，金属乙表面无气金属甲表面有气泡产生，金属乙表面无气泡产生，此实验说明甲的金属活动性比乙泡产生，此实验说明甲的金属活动性比乙的的 ；若把这两种金属用导线连接后平；若把这两种金属用导线连接后平行插入稀硫酸中，则可观察到金属行插入稀硫酸中，则可观察到金属 的的表面有气泡产生，一段时间后金属表面有气泡产生，一段时间后金属 的的质量减少。质量减少。强强乙乙22迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入使投入使用的高性能、无污染电池。用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池金属氢化物镍电池与镉镍电池有相与镉镍电池有相同的工作电压同的工作电压(12(12伏伏)，但由于采用了，但由于采用了稀土合金或稀土合金或TiNiTiNi合金储氢合金储氢材料作为材料作为 负极活性物质负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其，取代了致癌物质镉，使其 成为一种成为一种绿色环保电池。绿色环保电池。锂离子蓄电池锂离子蓄电池系由系由碳作负极，嵌锂的金属氧碳作负极，嵌锂的金属氧化物作化物作 正极和有机电解质构成正极和有机电解质构成，其工作电压为，其工作电压为3636伏，因此一伏，因此一个个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱可充电碱锰电池锰电池是在是在碱性锌锰原电池碱性锌锰原电池基础上发展起基础上发展起 来的，由于应用了来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流放电的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池太阳能电池利用利用PPN N结的结的光电效应光电效应，把太阳光能直接转换成电，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户需要。能，满足用户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单可靠、噪声、运行简单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。广泛采用。绿色电池种种绿色电池种种233 3、一个原电池的总反应的离子方程式是、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+CuZn+Cu2+2+=Zn=Zn2+2+Cu+Cu，该反应的原电池的组成正确的是，该反应的原电池的组成正确的是 A B C D 正极正极 ZnZn Ag Cu CuCu Cu负极负极 Cu Cu Zn ZnCu Cu Zn Zn电解质电解质 CuClCuCl2 2 H2SO4 CuCuSO4 FeClFeCl2 2C244、已知氧化还原反应、已知氧化还原反应 Cu 2FeCl3=2FeCl2 CuCl2，利用这一反应设计一个原电池，画出示意图，利用这一反应设计一个原电池，画出示意图，标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。CuCl2FeCl3ACuC正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：Cu2e-Cu2+2Fe3+2e-2Fe2+2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+25设计设计请用镁、铝作电极请用镁、铝作电极,设计一个原电池设计一个原电池,并写出电极反应方程式和总方程式。并写出电极反应方程式和总方程式。现现有有试剂试剂：H2SO4溶液、溶液、NaOH溶液、溶液、MgCl2溶液溶液MgSO4溶液溶液所用电解质溶液 _ 负极_ 负极反应_正极_ 正极反应_总反应 _H2SO4溶溶 液液Mg2H2H+2e+2e-=H=H2 2AlAlMg+2HMg+2H+=Mg=Mg2+2+H+H2 2G G CA AB BMg-2eMg-2e-=Mg=Mg2+2+26所用电解质溶液 _NaOH溶溶 液液负极_ AlAl 负极反应Al-3eAl-3e-+4OH+4OH-=AlO=AlO2 2-+2H+2H2 2O O正极_Mg 正极反应_ 2H2H2 2O O+2e+2e-=H=H2 2 +2OH+2OH-总反应 2Al+2OH2Al+2OH-+2H+2H2 2O=2AlOO=2AlO2 2-+3H+3H2 227