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本部分知识,1、单液原电池构成和工作原理 2、双液原电池构成和工作原理 3、原电池原理的应用 4、电极反应式的书写 5、一些常见的化学电源,知识储备,1、电流是如何形成的？电流的方向如何判断？ 2、哪些物质能导电？能导电的原因是什么？ 3、氧化还原反应的本质是什么？如何熟练判断氧化剂、还原剂、氧化反应、还原反应？,课堂引入,已经学过化学能与热能能相互转化的原因，那么，你是否可推测化学能与电能相互转化的原因？, 将Zn片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？, 将Cu片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？,演示探究,，若将Zn片,Cu片用一导线连接再浸在H2SO4溶液中，有什么现象？为什么？,，将一Zn片,Cu片平行插入H2SO4溶液中，有什么现象？为什么？,，导线间接一电流计有何现象产生？为什么？,，用一干电池连接电流计验证电子流向，确定Zn片, Cu片的正负极是怎样的？,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象，电流计发生偏转。,思考,1、铜片上有H2产生，说明在铜片附近发生了什么反应？ 2、电流计指针发生偏转的原因可能是什么？ 3、你能否分析在Zn极和Cu极上可能发生什么变化，并说明在原电池中产生电流的原因 4、试小结所得到的实验和讨论结论,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象，电流计发生偏转。,H+在铜片上得到电子被还原成氢气。,H+在铜片上得到电子被还原成氢气，说明有电子从锌片流入到铜片.,结论小结,1、原电池反应中，产生电流的原因是什么？ 氧化还原反应产生的电子在外电路中定向移动 2、原电池反应中，如何判断正负极？ 发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极（通常两种金属，更活泼的为负极） 3、原电池中如何形成闭合回路的？ 外电路（金属导体）中，电子由负极移向正极；电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极 4、构成原电池的必备条件 自发的氧化还原反应，两个电极（通常为不同电极），构成闭合回路,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极.,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,本部分知识,1、单液原电池构成和工作原理 2、双液原电池构成和工作原理 3、原电池原理的应用 4、电极反应式的书写 5、一些常见的化学电源,复习与小结,1、Cu/H2SO4/Zn原电池的现象说明、电极反应、电流回路 2、原电池中电流产生的原因和电流闭合回路的判断 3、原电池的构成条件 4、原电池电极反应式的书写,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e-，沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e- =H2,阴离子,阳离子,负极,正极,阳离子,归 纳 与 整 理,电极反应总式：,氧化还原反应,原电池反应本质：,CuSO4 溶液,用做电源，效率低，时间稍长电 流就很快减弱，不适合实际应用。,电池两个电极上 都有红色物质生成,“单液”电池的缺陷,电池两个电极上 都有气泡生成,极化现象,在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池，并用实验验证。,实验探究一,CuSO4 溶液,思考,1）分析过程中电流产生的原因 2）分析并书写电极反应式 3）试总结盐桥的作用 4）与单液原电池相比，双液池有哪些优点？ 5）小结双液原电池的构造,盐桥的作用,1）避免两溶液直接接触 2）连通原电池的内电路 3）平衡溶液中的离子电荷,1、请根据氧化还原反应 : Cu2+ + Fe = Cu + Fe2+ 设计成原电池。 2、请根据氧化还原反应 : 2Fe3+ + 2I- = I2 + 2Fe2+ 设计成原电池。,依据氧化还原反应： 2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_； (2)银电极为电池的_极，发生的电极反应为 _；X电极上发生的电极反应为_； (3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。,铜(或Cu),AgNO3溶液,正,Age = Ag,Cu2e = Cu2,负(Cu),正(Ag),本部分知识,1、单液原电池构成和工作原理 2、双液原电池构成和工作原理 3、原电池原理的应用 4、电极反应式的书写 5、一些常见的化学电源,原电池原理的应用,二、 原电池原理的应用：,1、原电池的设计,研制分析化学电源；,3、促进某些氧化还原反应的进行，加快反应速率,4、寻找钢铁防腐蚀的方法,2、判断金属活动顺序,例：在理论上不能用于设计原电池的化学反应是（ ） AHCl（aq）+NaOH（aq）NaCl(aq)+H2O（l） H0 B4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) 4Fe(OH)3（s） H0 C3Cu(s)+8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l) H0 D2CH3OH(l)+3O2(g) = 2CO2(g)+4H2O(l) H0,A,非氧化还原反应不能设计为原电池反应,1、 原电池的设计,（1） 请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,CuSO4溶液,石墨,Fe,Fe2e Fe2,Cu2+2eCu,1. 原电池的设计,（2） 将氧化还原反应：Cu2FeCl3 2FeCl2CuCl2 设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,FeCl3溶液,石墨,Cu,Cu2e Cu2,2Fe32e 2Fe2,1. 原电池的设计,（3） 将氧化还原反应：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,盐酸,石墨,Al,2Al6e 2Al3,1. 原电池的设计,（4） 将氧化还原反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,NaOH溶液,石墨,Al,2Al8OH6e 2AlO24H2O,问题探究 将铜棒和铝棒用导线连接后 插入浓硝酸中,是否构成了原电池?,若构成了原电池,负极材料是什么? 电极反应式?,能构成原电池。 负极为铜棒，正极为铝棒。,方法点拨：,理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。 1、将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别做原电池的负极和正极。 2、确定电极材料和电解质中参与反应的物质 3、根据原电池的构成特点确定其余电解质或电极 4、构成闭合回路,练习1：,下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是,C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；,A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有H2气放出；,B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多；,D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；,（C）,2、比较金属的活泼性,【知识小结 】,如何判断原电池的电极？,从电极材料：,较活泼金属负极,从电极反应现象：,溶解的一极 负极,从外电路电子流动方向：,电子流出的一极负极,从电极反应本质：,被氧化的一极负极,较不活泼金属或石墨正极,不溶解（或产生气泡、有固体析出增重)的一极正极,电子流进的一极正极,被还原的一极正极,练习2. X、Y、Z、W四种金属片浸入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示: 则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为 _,ZYXW,Cu,Zn,为什么发生原电池反应可加快反应速率？,Zn2+,负极,正极,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,3、改变化学反应速率,练习1 ：,下列制氢气的反应速率最快的是,粗锌和 1mol/L 盐酸；,B.,A.,纯锌和1mol/L 硫酸；,纯锌和18 mol/L 硫酸；,C.,粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D.,（ D ）,Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。 （1）该电池的负极材料是 。电池工作时，电子流向 （填“正极”或“负极”）。 （2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是 除去Cu2+，最好选用下列试剂中的 （填代号）。 a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3H2O,练习2.（09山东卷）,Zn,正极,锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀,b,原电池电极反应式的书写：,方法归纳：,(2)根据反应发生的环境确定在两极生成的产物。,(5）利用原子守恒补充并配平其余物质（原子守恒）,(1)分析并判断自发进行的氧化还原反应，确定在两极发生反应的物质。,(3)根据化合价的变化情况确定电子的转移数。 （电子守恒）,(4)判断反应式两侧的电荷数，根据反应的环境用阴、阳离子来平衡电荷（如：酸性介质中用H+、碱性介质中用OH-，中性介质中H+和OH-只能出现在右侧）（电荷守恒）,“神六”的太阳能电池,手机专用电池,三、化学电源,化学电源,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,锂离子电池,银锌蓄电池,普通锌锰干电池,锌银纽扣电池,化学电源的分类,（一）一次电池,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+ 正极（石墨）:2NH4+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2O 总反应： Zn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,1、干电池（NH4Cl糊状物为电解质）,2.碱性锌锰干电池,碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。,普通锌锰干电池缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液,Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,2MnO+2HO+2e- = 2MnO(OH)+2OH-,Zn +2MnO+2HO= Zn(OH)2+2MnO(OH),负极,正极,总反应,3、迷你型电池（电解质KOH）,银锌电池,另一写法 Zn+2OH- - 2e- = ZnO+H2O Ag2O +H2O + 2e- = 2Ag +2OH- Zn+Ag2O=2Ag+ZnO,负极是Zn： Zn+2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极是Ag2O： Ag2O +H2O + 2e- = 2Ag +2OH- 电池总反应： Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2,大有发展前景的燃料电池 燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：,(二)燃料电池,氢氧燃料电池工作原理,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,固体氢氧燃料电池,2H2 - 4e- +2O2= 2H2O,O2 + 4e-= 2O2,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,原电池电极反应式的书写：,方法归纳：,(2)根据反应发生的环境确定在两极生成的产物。,(5）利用原子守恒补充并配平其余物质（原子守恒）,(1)分析并判断自发进行的氧化还原反应，确定在两极发生反应的物质。,(3)根据化合价的变化情况确定电子的转移数。 （电子守恒）,(4)判断反应式两侧的电荷数，根据反应的环境用阴、阳离子来平衡电荷（如：酸性介质中用H+、碱性介质中用OH-，中性介质中H+和OH-只能出现在右侧）（电荷守恒）,它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷 和氧气。电极反应为： 负极： 正极： 电池总反应：,2O2+ 4H2O +8e-= 8OH -,CH4+ 10OH -8e-= CO32- + 7H2O,CH4+ 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3 H2O,甲烷新型燃料电池,分析溶液的pH变化。电解质为KOH溶液 若用C2H6、CH3OH呢？,C2H6燃料电池、电解质为KOH溶液 负极： 正极： 电池总反应： CH3OH燃料电池、电解质为KOH溶液 负极： 正极： 电池总反应：,7O2+ 14H2O +28e-=28OH -,2C2H6+ 36OH -28e-= 4CO32- + 24H2O,2C2H6+ 7O2 +8KOH = 4K2CO3 + 10 H2O,3O2+6H2O +12e-= 12OH -,2CH3OH+ 16OH -12e-= 2CO32- + 12H2O,2CH3OH+ 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6 H2O,铝空气燃料电池（海水）： 负极： 正极： 电池总反应：,3O2 +12e- + 6H2O =12OH-,4Al -12e- = 4Al3+,4Al +3O2 +6H2O = 4Al(OH)3,汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状灰铅的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用H2SO4作电解液。总 反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O （1）试写出放电时的正、负极反应式 正极:_ 负极:_ （2）试写出充电时的阳、阴极反应式 阳极:_ 阴极:_,PbO2+4H+SO42- +2e- =PbSO4+2H2O,Pb+ SO42-2e- =PbSO4,PbSO4+2H2O-2e- =PbO2 + 4H+SO42-,PbSO4 +2e- =Pb + SO42-,接电源负极,接电源正极,(三)二次电池(可充电),当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量为,0.5mol,铅蓄电池优缺点简析,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,其它二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,2、银锌蓄电池,1970-1975, 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。 1979-1987,为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。,银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：,2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O,此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）,A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,电极反应：,负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,3、镍镉电池,负极材料：Cd； 正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液。 反应式如下：,写出电极反应式。,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,镍镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,A. Cd,（ A ）,B. NiO(OH),D. Ni(OH)2,C. Cd(OH)2,电极反应：,负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,4、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li - 2e- = 2Li+， 正极：I2 + 2e- = 2I-， 总反应：2Li + I2 = 2LiI,跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。,课堂练习,1、宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的是： （ ） AH2为正极，O2为负极 B电极反应（正极）：O2+2H2O+4e- =4OH- C电极反应（负极）：2H2+4OH- =4H2O- 4e- D负极发生氧化反应，正极发生还原反应,BD,2、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 根据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ） A、电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大 B、电池放电时，镍元素被氧化 C、电池充电时，氢元素被还原 D、电池放电时，H2是负极,放电 充电,CD,课堂练习,3、有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- 负极上CH4失去电子，电极反应式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 负极上是O2获得电子，电极反应式为： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 电池放电后，溶液pH不断升高 A. B. C. D.,A,课堂练习,4、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 阳极反应式：2CO+2CO32- 4CO2+4e- 阴极反应式： 总电池反应：,2CO2+O2+4e-2CO32-,2CO+O2=2CO2,课堂练习,5.（08年海南化学7）关于铅蓄电池的说法正确的是 A在放电时，正极发生的反应是 Pb(s) +SO42(aq)= PbSO4(s) +2e B在放电时，该电池的负极材料是铅板 C在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 D在充电时，阳极发生的反应是 PbSO4(s)+2e= Pb(s)+ SO42(aq),课堂练习,
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