第二讲原电池.pptx

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1、1、概念：原电池是、概念：原电池是_的装置。的装置。原电池反应的本质是原电池反应的本质是_反应。反应。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练习练习1.如右图所示，组成的原电池：如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为）当电解质溶液为稀稀H2SO4时：时：Zn电极是电极是_（填（填“正正”或或“负负”）极，）极，其电极反应为其电极反应为_，该反应，该反应是是_（填（填“氧化氧化”或或“还原还原”，下同）反应；，下同）反应；Cu电极是电极是_极，其电极反应为极，其电极反应为_,该反应是该反应是_反应。反应。（2）当电解质溶液为）当电解质溶液为CuSOCuSO4 4溶液

2、溶液时：时：Zn电极电极是是_极，其电极反应为极，其电极反应为_，该反应是该反应是_反应；反应；Cu电极是电极是_极，极，其电极反应为其电极反应为_,该反应该反应_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还原还原一、原电池一、原电池1、概念：原电池是、概念：原电池是_的装置。的装置。原电池反应的本质是原电池反应的本质是_反应。反应。一、原电池一、原电池第1页/共47页【思考】简单原电池的正负极和电子流向如何判简单原电池的正负极和电子流向如何判断？断？负极（）：电电 子子电电 流流正极正极（+）

3、：要用到金属活动性顺序表：要用到金属活动性顺序表：注意：注意：K,Ca,Na,Mg,Al,Zn,Fe,Sn,Pb,(H),Cu,Hg,Ag,Pt,Au活泼性，还原性依次减弱。活泼性，还原性依次减弱。活泼金属发生氧化反应向外电路提供电子不活泼金属（或惰性电极如石墨）发生还原反应接受外电路提供的电子给溶液中的阳离子第2页/共47页AlMgAlMg稀硫酸稀硫酸氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液AB练习练习2、AlMg在不同的电解质溶液中分别构在不同的电解质溶液中分别构成原电池成原电池A、B（1）指出各池中负极材料。）指出各池中负极材料。（2）从构成原电池的几个组成部分来看，判断原）从构成原电池的几个组成部分来

4、看，判断原电池负极，除了要考虑金属的活泼性外，还要考电池负极，除了要考虑金属的活泼性外，还要考虑虑 。电解质溶液性质，较易与电解质溶液反应的金属材料做原电池电解质溶液性质，较易与电解质溶液反应的金属材料做原电池的负极的负极第3页/共47页2.2.构成条件：构成条件：(1)有两个活性不同的电极有两个活性不同的电极(2)有电解质溶液有电解质溶液(3)能形成闭合回路能形成闭合回路(4)有自发的氧化还原反应发生第4页/共47页【思考】判断以下哪些【思考】判断以下哪些装置构成了原电池装置构成了原电池？如果要使如果要使 此装置成为原此装置成为原电池，可以作电池，可以作如何改进？如何改进？第5页/共47页双

5、双液液原原电电池池第6页/共47页 CuSO4 溶液溶液e-单单液液原原电电池池效率不效率不高，电高，电流在较流在较短时间短时间内就会内就会衰减衰减第7页/共47页 G Zn Cu ZnSO4CuSO4【盐桥的作用盐桥的作用】可提供可提供定向移动的阴阳离子，使定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电由它连接的两溶液保持电中性中性，盐桥保障了电子通，盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。析出过程得以继续进行。效率高，效率高，能得到持能得到持续、稳定续、稳定的电流的电流第8页/共47页工作原理的探究工作原理

6、的探究-动画演示动画演示第9页/共47页2H+2e-=H2氧化反应氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质溶液电解质溶液 e-沿导线传递，有电流产生沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应阴离子阴离子阳离子阳离子负极正极 阳离子阳离子3.原电池的工作原理：原电池的工作原理：外电路内电路第10页/共47页4、原电池的正负极的判断方法、原电池的正负极的判断方法 外电路判断外电路判断根据电子流动的方向根据电子流动的方向根据电流方向根据电流方向两两极极判判断断负极负极正极正极较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料根据电极材料根据电极材料两两极极判判断断内电路

7、判断内电路判断正极正极负极负极正极正极负极负极负极负极正极正极较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料根据电极材料根据电极材料负极负极正极正极较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料根据电极发生的反应根据电极发生的反应发生氧化反应的极发生氧化反应的极发生还原反应的极发生还原反应的极 负极负极 正极正极根据工作后电极的现象根据工作后电极的现象 质量增加质量增加或有气泡冒出的或有气泡冒出的 质量减少的电极质量减少的电极 负极负极 正极正极根据电极发生的反应根据电极发生的反应 负极负极 正极正极发生氧化反应的极发生氧化反应的极发生还原反应的极发

8、生还原反应的极 根据电极发生的反应根据电极发生的反应根据电极材料根据电极材料根据电解质溶液中阴阳离子的流向根据电解质溶液中阴阳离子的流向第11页/共47页例例1：(2007年高考全国理综卷年高考全国理综卷)在盛有在盛有稀稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是锌片和铜片，下列叙述正确的是()(A)正极附近的正极附近的SO42 离子浓度逐渐增大离子浓度逐渐增大(B)电子通过导线由铜片流向锌片电子通过导线由铜片流向锌片(C)正极有正极有O2逸出逸出(D)铜片上有铜片上有H2逸出逸出D第12页/共47页4 4、电极反应式的书写、电极反应式的书写(1)(

9、1)一般电极反应式的书写一般电极反应式的书写列物质列物质标变价标变价按照负极发生氧化反应，正极发生还原反按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。的数量。看环境看环境配守恒配守恒两式加两式加验总式验总式两电极反应式相加，与总反应式对照验证两电极反应式相加，与总反应式对照验证电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的存在，如碱性介质中生成的H+应让其结合应让其结合OH-生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配

10、平。质量守恒、得失电子守恒等加以配平。第13页/共47页例例2 2：判断右边原电池的判断右边原电池的正、负极，正、负极，并写出电极反应式并写出电极反应式。AFeClFeCl3 3溶液溶液负极：负极：Cu-2e-=Cu 2+正极：正极：2Fe3+2e-=2Fe2+Cu CMg AlA稀硫酸溶液稀硫酸溶液NaOHNaOH溶溶液液（稀硫酸）（稀硫酸）负极负极:Mg-2e-=Mg2+正极：正极：2H+2e-=H2（NaOH溶液）溶液）负极：负极：2Al+8OH-6e-=2AlO-2+4H2O 正极：正极：6H2O+6e-=3H2+6OH-第14页/共47页二、燃料电池（一）概况 燃料电池是一种将储存在

11、燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。第15页/共47页新型绿色环保燃料电池车 燃料电池由于具有高效、洁净、功率密度高及模块化结构等突出的特点，这决定了它在固定发电系统、现场用电源、分布式电源、空间飞行器电源及交通工具用电源方面有广阔的 应用前景。第16页/共47页(二）燃料电池的特点1.两电极材料均为惰性电极2.负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得电子3.电池反应与燃料燃烧的化学反应方程式相同4.电极反应考虑电解质溶液第17页/共47页介质介质电池反应：电池反应：2H2+=2H2O 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极

12、负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-1.氢氧液体燃料氢氧液体燃料电池电池第18页/共47页介质介质电池反应：电池反应：2H2+=2H2O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2-4e-+2O2=2H2O O2+4e-=2O2 2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O 2.氢氧固体燃料电池氢氧固体燃料电池第19页/共47页复杂电极反应式的书写复杂电极反应式的书写先写总反应式，再根据电解质溶液写出正极反应式，先写总反

13、应式，再根据电解质溶液写出正极反应式，然后由总反应式与正极反应式然后由总反应式与正极反应式相减相减得到负极得到负极反应式反应式如如CH4酸性燃料电池中，电极反应式为：酸性燃料电池中，电极反应式为：2O2+8H+8e-=4H2O (正极反应式正极反应式)CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+(负极反应式负极反应式)CH42O2 =CO22H2O(总反应式总反应式)-第20页/共47页它是以两根金属铂片插入它是以两根金属铂片插入KOH溶液溶液中作电极，又在两中作电极，又在两极上分别通入甲烷和氧气。电极反应为：极上分别通入甲烷和氧气。电极反应为：电池总反应：电池总反应：正极：正极：负极：负极：2O

14、2+4H2O+8e-=8OH-CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2OH-=CO32-+3 H2O2.甲烷新型燃料电池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21页/共47页例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，

15、溶液pH不断升高 A.B.C.D.A 第22页/共47页例例4.一一种种新新型型燃燃料料电电池池，一一极极通通入入空空气气，另另一一极极通通入入丁丁烷烷气气体体；电电解解质质是是掺掺杂杂氧氧化化钇钇 Y2O3 的的氧氧化化锆锆 ZrO2 晶晶体体，在在熔熔融融状状态态下下能能传传导导O2。下下列列对对该该燃燃料料电电池池说说法法正确的是正确的是 （）A 在熔融电解质中，在熔融电解质中，O2 由负极移向正极由负极移向正极B 电电池池的的总总反反应应是是：2C4H1013O2 8CO210H2O C 通通入入空空气气的的一一极极是是正正极极,电电极极反反应应为为:O24e 2O2 D 通入丁烷的一

16、极是正极，电极反应为：通入丁烷的一极是正极，电极反应为：2C4H10 26e 13O2 4CO25H2OBC第23页/共47页用途广泛的电池用途广泛的电池用于汽车的铅蓄电池用于汽车的铅蓄电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24页/共47页分类：分类：一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料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三、化学电源三、化学电源第25页/共47页(一)一次电池 1.干电池第26页/共47页（1 1

17、）酸性锌锰干电池）酸性锌锰干电池干电池用锌制桶形外壳作负极，位于干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充石墨周围填充NH4ClNH4Cl、ZnCl2ZnCl2和淀粉作和淀粉作电解质溶液，还电解质溶液，还填充填充MnO2的黑色粉末的黑色粉末吸收正极放出的吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。，防止产生极化现象。负极（锌筒）：负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+，正极正极（石墨）（石墨）:2NH4+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O总反应：总反应：Zn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O第27

18、页/共47页负极（锌筒）：负极（锌筒）：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O正极（石墨）：正极（石墨）：MnO2+2e-+2H2O=Mn(OH)2+2 OH 总反应：总反应：Zn+MnO2+H2O=Zn O+Mn(OH)22 2、碱性锌锰干电池、碱性锌锰干电池金属棒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。普通锌锰干电池普通锌锰干电池缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液第28页/共47页2.2.银锌电池银锌电池ZnZn为负极为负极,AgAg2 2O O为正极为正极 电解液电解液:KOHKOH溶液溶液电极反应式电极反应式:负极负极:ZnZn2OH2OH2e2e-Z

19、n(OH)Zn(OH)2 2 正极正极:AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e-2Ag2Ag2OH2OH总反应式总反应式:ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2第29页/共47页3 3、锂电池、锂电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2)：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极：；正极：。用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e-=8Li=8Li+3SOCl3

20、SOCl2 2+8e+8e-=6Cl=6Cl-+SO+SO3 32-2-+2S+2S第30页/共47页4.铝铝空气空气海水电池海水电池负极：负极：4 4Al-12eAl-12e-4Al 4Al3+3+正极：正极：3 3O O2 2 +6H+6H2 20+12e0+12e-120H 120H-电池总反应式为：电池总反应式为：4 4Al+3OAl+3O2 2+6H+6H2 20=4Al(OH)0=4Al(OH)3 319911991年，我国首创以铝年，我国首创以铝-空气空气-海水为材料组成海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯以取之不尽的的新型电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质海水为电

21、解质第31页/共47页(二二)二次电池二次电池(可充电可充电)第32页/共47页电极材料电极材料电解质溶液电解质溶液正极：正极：PbO2 负极：负极：Pb30%的的H2SO4溶液溶液负极（负极（Pb）:Pb-2e-+SO4 2-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 正极（正极（PbO2）:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：放电-原电池反应第33页/共47页2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电充电-电解池反应电解池反应PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)还原反应还原反应

22、阴极：阴极：阳极：阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：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：铅蓄电池的充放电过程：放电放电充电充电第34页/共47页1、2、金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反应金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍）金属原子金属原子金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀：金属

23、腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液体）反应而腐蚀损耗的过程。反应而腐蚀损耗的过程。4 金属的保护金属的保护四、金属的腐蚀与防护四、金属的腐蚀与防护第35页/共47页1、在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层水膜。2、水膜里含有少量H+和OH，还溶解了O2，在钢铁表面形成一层电解质溶液。3、钢铁里的铁和碳以及电解质溶液形成了无数微小的原电池。第36页/共47页钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意示意图图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意示意图图第37页/共47页钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈铁锈）通常两

24、种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条条件件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱。电电极极反反应应负极负极Fe(-)Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正极正极C(+)2H2O+2e=H2+2OH O2+2H2O+4e=4OH-总反应总反应:Fe+2 H2O=Fe(OH)2+H2 2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联联系系第38页/共47页比较项目比较项目化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀发生条件发生条件共同点共同点是否构成原电池是否构

25、成原电池有无电流有无电流实质实质化学腐蚀化学腐蚀与与电电化学腐蚀化学腐蚀的比较的比较电化学电化学腐蚀腐蚀比比化学腐蚀化学腐蚀普遍得多普遍得多金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质直接发生化学反应直接发生化学反应不纯金属跟接触的电解不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应质溶液发生原电池反应无电流无电流无原电池无原电池构成无数微小原电池构成无数微小原电池有弱电流有弱电流金属被腐蚀金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗第39页/共47页判断金属腐蚀快慢的规律判断金属腐蚀快慢的规律 不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀

26、，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：1）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快；2）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般说来可用下列原则判断：（电解原理引起的腐蚀）原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀第40页/共47页 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极

27、保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀小结小结第41页/共47页下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)第42页/共47页金属的防护金属的防护方方 法：法：1.1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.2.在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷）在表面烧制搪瓷；（5）使金属表面形成致密的氧化膜）使金属表面形成致密的氧化膜。3 3.电化学保护法电化学

28、保护法 ：（1）牺牲阳极的阴极保护法）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法）外加电流的阴极保护法 第43页/共47页（创新题）设计原电池1、由、由Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+设计原电池设计原电池（-）Cu（+）CFeCl3（aq）负极：负极：Cu-2e-=Cu2+（氧化反应）（氧化反应）正极：正极：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（还原反应）2、由Zn（s）+Fe2+（aq）=Zn2+（aq）+Fe（s）用盐桥设计ZnFeZnSO4（aq）FeSO4（aq）e-盐桥中是盐桥中是KCl的琼脂液的琼脂液（-）（+）负极：负极：Zn-2e-=Zn2+正极：正极：Fe2+2e-=Fe第44页/共47页例5：原电池设计：1、用Zn、Fe、Al分别与Ag或Cu作两极，NaCl作电解质溶液，试分析写出两极反应式2、铝镁NaOH电池3、铜铁浓HNO34试根据反应Cu+2AgNO3=Cu(NO3)+2Ag设计成原电池，画出装置图，并写出电极反应式。若用到盐桥，则盐桥中电解质可用。5、Fe+2Fe3+=3Fe2+,Cu+2Fe3+=2Fe2+Cu2+KNO3溶液第45页/共47页再再见见！第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页