化学能转化为电能原电池.pptx

第1页/共84页复习回顾复习回顾1、原电池是_的装置。原电池反应的本质是_反应。将化学能转化为电能将化学能转化为电能将化学能转化为电能将化学能转化为电能氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应 2、如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：Zn电极是_（填“正”或“负”）极，其电极反应为_，该反应是_（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是_极，其电极反应为_,该反应是_反应。（2 2 2 2）当电解质溶液为）当电解质溶液为）当电解质溶液为）当电解质溶液为CuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4溶液时：溶液时：溶液时：溶液时：ZnZnZnZn电极电极电极电极是是是是_极，其电极反应为极，其电极反应为极，其电极反应为极，其电极反应为_，该反应是该反应是该反应是该反应是_反应；反应；反应；反应；CuCuCuCu电极是电极是电极是电极是_极，极，极，极，其电极反应为其电极反应为其电极反应为其电极反应为_,_,_,_,该反应是该反应是该反应是该反应是_反应反应反应反应.负负Zn 2e-=Zn 2+氧化氧化正正2H+2e-=H2还原还原负负Zn 2e-=Zn 2+氧化氧化正正Cu2+2e-=Cu还原还原第2页/共84页氧化反应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Cu2+2e-=Cu阴离子阳离子总反应：负极正极 Cu2+2e-=CuZn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式）（化学方程式）电极反应正极：负极：（氧化反应）（还原反应）阳离子原 电 池 原 理外电路内电路电子流向：失电子的一极向得电子的一极电子流向：失电子的一极向得电子的一极电子流向：失电子的一极向得电子的一极电子流向：失电子的一极向得电子的一极电流方向：与电子流动方向相反电流方向：与电子流动方向相反第3页/共84页稀硫酸稀硫酸FeCu稀硫酸稀硫酸5CuZn4稀硫酸稀硫酸CFeZnZnZnCu 请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。是原电池的指出正负极。是原电池的指出正负极。第4页/共84页浓硝酸浓硝酸FeAl氯化铁氯化铁FeCuAlMg稀硫酸稀硫酸AlMgNaOH溶液溶液第5页/共84页（1）有两种活动性不同的金属（或一（或一 种是非金属单质或金属氧化物）种是非金属单质或金属氧化物）作电极。（2）电极材料均插入电解质溶液中。（3）两极相连形成闭合电路。（导线（导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液）连接或直接接触且电极插入电解质溶液）（4）能自发进行氧化还原反应。(本质条本质条件件)小结：组成原电池的条件小结：组成原电池的条件第6页/共84页一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究提出问题：左图是原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？第7页/共84页造成的主要原因：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池了，也就没有电流在产生。改进措施？改进措施？将锌片与硫酸铜溶液隔离将锌片与硫酸铜溶液隔离第8页/共84页硫酸锌溶液硫酸锌溶液 硫酸铜溶液硫酸铜溶液上述装置构成原电池了吗？为什么？上述装置构成原电池了吗？为什么？怎样才能构成原电池呢？怎样才能构成原电池呢？第9页/共84页为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图4-1）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？盐桥中通常装有含琼胶盐桥中通常装有含琼胶的的KClKCl饱和溶液饱和溶液此装置优点：能稳定长此装置优点：能稳定长时间放电时间放电第10页/共84页盐桥在此的作用是什么？改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥的作用：（1 1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。（2）平衡电荷。第11页/共84页在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。ZnZn失去电子形成的ZnZn2+2+进入ZnSOZnSO4 4溶液，ZnSOZnSO4 4溶液因ZnZn2+2+增多而带正电荷。同时，CuSOCuSO4 4则由于CuCu2+2+变为Cu Cu，使得 SOSO4 42-2-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。第12页/共84页 由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中阴离子ClCl-向ZnSOZnSO4 4溶液扩散和迁移，阳离子K K+则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中的 CuCu2+2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KClKCl溶液反应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替KClKCl作盐桥。第13页/共84页二：原电池的正负极的判断方法 微观判断（根据电子流动方向）电子流出的极电子流入的极负极正极 较活泼的电极材料较不活泼的电极材料负极正极宏观判断：根据电极材料根据原电池电极 发生的反应负极正极发生氧化反应的极发生还原反应的极第14页/共84页根据电极增重还是减重根据电极有气泡冒出：质量增加的电极工作后:质量减少的电极正极负极工作后，有气泡冒出的电极为正极第15页/共84页（3）电解质溶液和电极材料的选择（电池的电极必须导电）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。第16页/共84页1、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。2、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液 原电池的设计 利用Fe+Cu2+=Fe2+Cu，设计一个原电池.CuFeCuSO4FeSO4化合价升高 失2e-化合价降低 得2e-第17页/共84页思考讨论：利用此氧化还原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图（Cu+2 FeCl3=CuCl2+2FeCl2）化合价降低得2e-Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+化合价升高失2e-第18页/共84页CuCCuCl2FeCl3装置图离子方程式离子方程式Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+第19页/共84页1、下列装置中电流表指针会发生偏转的是（）3第20页/共84页B、C第21页/共84页3、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为()Aa b c d Ba c d b Cc a b.d Db d c a B第22页/共84页4、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是A.铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状态C.铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D.银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜D第23页/共84页Cu+2 AgNO3=Cu(NO3)2 +2Ag化合价升高失2e-化合价降低得2e-电极：负极是Cu，正极可以是Ag或C等。电极反应式：负极：Cu 2e-=Cu2+正极：2Ag+2e-=2 Ag电解液：电解液：Cu(NO3)2、AgNO3 5、利用下面反应设计原电池选择电极材料和电、利用下面反应设计原电池选择电极材料和电解质溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意解质溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意图。图。CuCCu(NO 3)AgNO3第24页/共84页MgAl稀H2SO4原电池：负极（Mg）：Mg-2e-=Mg2+（氧化反应）正极（Al）：2H+2e-=H2（还原反应）电池反应：Mg+2H+=Mg2+H2 AlMgNaOH原电池：负极（Al）：2Al-6e-+8OH-=2AlOH4-（氧化反应）正极（Mg）：6H2O+6e-=3H2+6OH-（还原反应）电池反应：2Al+2OH-+6H2O=2AlOH4-+3H2第25页/共84页第26页/共84页 形形色色的电池形形色色的电池 A A CuZn 稀稀H H2 2SOSO4 4KOH溶液 CH4 O2 2 H2Oa极 b极第27页/共84页用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池各各式式各各样样的的纽纽扣扣电电池池第28页/共84页化学电池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锌锰干电池锌银纽扣电池一、化学电池的分类一、化学电池的分类第29页/共84页正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2 总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag电池比能量大、电压稳定，储存时间长，电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流和连续放电适宜小电流和连续放电电解液：电解液：KOH二、一次电池 银锌原电池是用不锈钢制成的银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨组成的盒内一端填充氧化银和石墨组成的活性材料，另一端填充锌汞合金组活性材料，另一端填充锌汞合金组成的活性材料。成的活性材料。1、银锌电池、银锌电池第30页/共84页普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 锌筒石墨棒MnO2和C普通锌普通锌-锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等2、普通干电池优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。第31页/共84页3、碱性锌-锰干电池电解质：KOH负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电电池反应：电池反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2第32页/共84页海水电池负极正极 4Al-12e-=4Al3+3O2+6H2O+12e-=12OH-4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3 负极材料为铝，正极材料为石墨。溶有氧气的海水作电解质溶液。第33页/共84页锂电池锂电池的负极反应均为常用于心脏起搏器的一种微型锂电池，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酸氯(SOCl2)中组成。负极反应：8Li-8e-=8Li+正极反应：3SOCl2+8e-=SO3 2-+2S+6Cl-总反应：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S第34页/共84页35电池铅蓄电池1、电极材料及原料2、电解质溶液3、电极反应式：正极：PbO2 负极：PbH2SO4溶液负极（Pb）:Pb-2e-+SO4 2-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 正极（PbO2）:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：(放电时)(二)二次电池(可充电)转移1mole-消耗多少molH2SO4第35页/共84页362PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)还原反应阴极：阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：放电充电第36页/共84页373)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第37页/共84页正极：总反应式：负极：2NiOOH+H H2 2OO+Cd Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电Cd+2OH2eCd(OH)22NiOOH+H H2 2OO+2e e2 2Ni(OH)2+2OH镍镉电池阳极：阴极：放电充电Cd(OH)2+2e Cd+2OH2 2Ni(OH)2+2OH2e e2NiOOH+H H2 2OO第38页/共84页总反应：镍氢电池 2NiOOH+H2 Ni(OH)2+2H2O放电充电正极：负极：H2+2OH2e2H2O2NiOOH+2H2O+2e2Ni(OH)2+2OH放电阳极：阴极：2H2O+2e H2+2OH 2 2Ni(OH)2+2OH2e e2NiOOH+2H H2 2OO充电第39页/共84页总反应：钠硫电池 2Na+XS Na2Sx放电充电正极：负极：2Na2e 2Na+xS+2eSx2 一种高能电池，以熔融的钠、硫为两极，以Na+导电的Al2O3陶瓷作为固体电解质，电池内的主要反应：第40页/共84页415 5、银锌蓄电池、银锌蓄电池 正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 写出电极反应式。充电放电1970-1975,1970-1975,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。1975-1983,1975-1983,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。1979-1987,1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1998-1992,1998-1992,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。第41页/共84页42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放电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-第42页/共84页43氢氧燃料电池工作原理介质介质电池反应：电池反应：2H2+=2H2O 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=4H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-(3).燃料电池：第43页/共84页44固体氢氧燃料电池固体电解质介质固体电解质介质电池反应：2H2+=2H2O 负极正极负极 正极2H2-4e-+2O2=2H2O O2+4e-=2O2 2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O 第44页/共84页45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-+7H2OCH4+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？第45页/共84页46C2H6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-+24H2O2C2H6+7O2+8KOH=4K2CO3+10 H2O3O2+6H2O+12e-=12OH-2CH3OH+16OH-12e-=2CO32-+12H2O2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6 H2O第46页/共84页47C4H10、空气燃料电池、电解质为熔融K2CO3,用稀土金属材料作电极（具有催化作用）负极：正极：电池总反应：13O2+52e-+26CO2=26CO3 2-2C4H10-52e-+26CO32-=34 CO2+10H2O2C4H10+13O2 =8CO2+10 H2O第47页/共84页熔融盐燃料电池CO-2e-+CO32-=2CO2O2+4e-+2CO2=2CO32-总方程式：2CO+O2=CO2负极:正极:可用LiLi2 2COCO3 3和NaNa2 2COCO3 3的熔融盐混合物作电解质，COCO为负极燃气，空气与 COCO2 2的混合气体为正极助燃气，制得在 650下工作的燃料电池。第48页/共84页肼空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%30%的KOH溶液，肼空气燃料电池肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。N2H4+4OH4e=4H2O+N2肼空气燃料电池负极正极总反应:N2H4+O2=N2+2H2OO2+4e+2H2O=4OH-第49页/共84页书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：2 2负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，在形式存在，在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；1 1将两极反应的电子得失数配平后，相加得到将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；应；3 3溶液溶液中不存在中不存在O2：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H结结合成合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH；第50页/共84页第51页/共84页第52页/共84页练练习习2：一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇 Y2O3 的氧化锆 ZrO2 晶体，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是 A 在熔融电解质中，O2 由负极移向正极B 电池的总反应是：2C4H1013O2 8CO210H2O C 通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e 2O2 D 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：2C4H1026e 13O2 4CO25H2OBC第53页/共84页3D第54页/共84页减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源第55页/共84页1.判断金属的活动性原电池的负极为较活泼的金属，发生氧化反应。把把A、B、C、D四四块块金金属属泡泡在在稀稀H2SO4中中，用用导导线线两两两两相相连连可可以以组组成成各各种种原原电电池池。若若A、B相相连连时时，A为为负负极极；C、D相相连连，D上上有有气气泡泡逸逸出出；A、C相相连连时时A极极减减轻轻；B、D相相连连，B为为正正极极。则则四四种种金金属属的的活活泼泼性性顺顺序序由由大大到小排列为到小排列为。ACDB二、原电池原理的应用第56页/共84页2.改变化学反应速率（1 1）加快反应速率实验室制取氢气，用锌与稀硫酸反应。锌用纯锌好，还是用粗锌好（杂质为碳）？为什么？如果只有纯锌、稀硫酸和硫酸铜，怎么办？第57页/共84页马口铁和白铁一旦有划痕后，在潮湿的空气中，谁被腐蚀的速度快？（2 2）减缓反应速率）减缓反应速率-金属的电化防腐金属的电化防腐第58页/共84页3.钢铁的电化腐蚀第59页/共84页钢铁的吸氧腐蚀原理铁锈：Fe2O3 xH2O电解质溶液呈中性或弱酸性第60页/共84页3、钢铁的析氢腐蚀原理电解质溶液呈酸性第61页/共84页比较：钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱。电极反应负极Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正极2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-总反应:Fe+2H+=Fe2+H2 2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系第62页/共84页四：金属的防腐四：金属的防腐 金属表面覆盖法覆盖涂料保护电镀镀层保护氧化膜保护原理：防止金属表面水膜的形成，进而避免原电池反应的发生。合金法 将某些金属熔合而形成具有防腐性能合金。原理：改变金属内部的组成和结构电化学法牺牲阳极的阴极防护外加电源的阴极防护原理：利用原电池反应。原理：利用电解池反应。第63页/共84页外加电流的阴极保护法牺牲的负极的正极保护法第64页/共84页C第65页/共84页第66页/共84页第67页/共84页第68页/共84页第69页/共84页第70页/共84页第71页/共84页第72页/共84页第73页/共84页6由NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是()A石墨极为正极，石墨极为负极BY的化学式可能为NOC石墨极的电极反应式为：NO2NOe=N2O5D石墨极上发生氧化反应第74页/共84页第75页/共84页第76页/共84页8若以下图装置，用电化学原理制备硫酸，并电解AgNO3溶液。请回答下列问题：(1)通入SO2的电极为_极，电极反应式为_。(2)Fe电极为_极，电极反应式为_。(3)当乙池中析出5.4 g Ag时，甲池中通入O2在标准状况下的体积_ mL，转移电子数为_mol。(4)为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO2与水的质量比为_。第77页/共84页第78页/共84页第79页/共84页第80页/共84页第81页/共84页第82页/共84页11(2012无锡市测试)如图所示，将两烧杯中电极用导线相连，四个电极分别为Mg、Al、Pt、C。当闭合开关S后，以下表述正确的是(双选)()A电流表指针不发生偏转BAl、Pt两极有H2产生C甲池pH减小，乙池pH增加DMg、C两极生成的气体在一定条件下可以恰好完 全反应第83页/共84页感谢您的观看。第84页/共84页