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文檔簡介

1、原電池原理及其應(yīng)用原電池原理及其應(yīng)用問題問題1:下列裝置中靈敏電流計(jì)上是否有下列裝置中靈敏電流計(jì)上是否有電流通過電流通過?下列裝置是否為原電池下列裝置是否為原電池?構(gòu)成原電池條件構(gòu)成原電池條件電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液活潑性不同的兩電極活潑性不同的兩電極形成閉合回路形成閉合回路問題問題2:有電流說明有:有電流說明有電能產(chǎn)生電能產(chǎn)生, 電能是怎樣電能是怎樣轉(zhuǎn)化來的轉(zhuǎn)化來的?例例1、Zn、 Cu作兩極,稀硫酸作電解質(zhì)溶液的作兩極,稀硫酸作電解質(zhì)溶液的原電池中:原電池中:Cu作作_極極, Zn作作_極極電極反應(yīng)式是:負(fù)極電極反應(yīng)式是:負(fù)極_,正極正極_, 總反應(yīng)式是總反應(yīng)式是_正正負(fù)負(fù)Zn -2e-2e-

2、 -= = Zn 2+2+2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2Zn +H+H2 2SOSO4 4= = Zn SOSO4 4+H+H2 2ZnCu電子流動(dòng)方向e-電流流動(dòng)方向CuZn-+e-IH+SO42-e-e-e-e-Zn2+Zn2+內(nèi)電路離子定向移動(dòng)外電路電子定向移動(dòng)1 1、原電池的反應(yīng)原理、原電池的反應(yīng)原理 自發(fā)進(jìn)行的氧化還自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)原反應(yīng)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能2 2、原電池電極的判斷、原電池電極的判斷負(fù)極負(fù)極相對(duì)活潑相對(duì)活潑- -失電子失電子- -電子流出電子流出- -發(fā)生發(fā)生氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)正極正極相對(duì)不活潑相對(duì)不活潑- -得電子得電子- -電子流入電

3、子流入- -發(fā)生發(fā)生還原反應(yīng)還原反應(yīng)3.離子移動(dòng)方向離子移動(dòng)方向:陽離子:陽離子 正極,陰離子正極,陰離子 負(fù)極負(fù)極 原電池是由兩個(gè)原電池是由兩個(gè)半電池半電池組成的;半電組成的;半電池包括電極材料和電解質(zhì)溶液,兩個(gè)隔離池包括電極材料和電解質(zhì)溶液,兩個(gè)隔離的半電池通過鹽橋連接起來。半電池中的的半電池通過鹽橋連接起來。半電池中的反應(yīng)就是反應(yīng)就是半反應(yīng)半反應(yīng)即即電極反應(yīng)。電極反應(yīng)。所以半電池所以半電池又叫又叫電極電極。 鹽橋:在鹽橋:在U U型管中裝型管中裝滿用飽和滿用飽和KClKCl溶液和溶液和瓊脂做成的凍膠。瓊脂做成的凍膠。 鹽橋的作用:鹽橋的作用: 使使ClCl- -向鋅鹽方向移向鋅鹽方向移動(dòng)

4、,動(dòng),K K+ +向銅鹽方向移動(dòng),向銅鹽方向移動(dòng),使使ZnZn鹽和鹽和CuCu鹽溶液一直鹽溶液一直保持電中性,從而使電保持電中性,從而使電子不斷從子不斷從ZnZn極流向極流向CuCu極。這樣可以大大提高極。這樣可以大大提高電池效率。電池效率。原電池電極反應(yīng)式的書寫注意事項(xiàng)原電池電極反應(yīng)式的書寫注意事項(xiàng):(1) 找出兩極找出兩極放電的物質(zhì)放電的物質(zhì),負(fù)氧正還負(fù)氧正還。(2)要注意要注意溶液的酸堿性溶液的酸堿性,適當(dāng)?shù)脑冢m當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊添加電極方程式兩邊添加H+、OH、H2O,以遵循以遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒電荷守恒和質(zhì)量守恒。(3)要要注意電極反應(yīng)注意電極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液產(chǎn)物是否與

5、電解質(zhì)溶液發(fā)發(fā)生反應(yīng)。生反應(yīng)。小結(jié)小結(jié)原電池應(yīng)用原電池應(yīng)用負(fù)極負(fù)極(鋅筒)(鋅筒) :Zn-2e-=Zn 2+ 正極正極(石墨)(石墨) : 2NH4+ +2e-= 2NH3+ + 2H2 總反應(yīng):總反應(yīng):Zn+2NH4+=Zn 2+2NH3+2H2 1、鋅、鋅-錳干電池錳干電池(酸性)酸性)常用電池的電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)式書寫常用電池的電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)式書寫2、鉛蓄電池、鉛蓄電池負(fù)極負(fù)極PbPb:Pb+ SO42- -2e- = PbSO4正極正極PbO2:PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O總反應(yīng):總反應(yīng):鈕扣電池:不銹鋼制成一個(gè)由正鈕扣電池:不銹鋼制成一

6、個(gè)由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒,盒極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒,盒內(nèi)靠正極一端填充由內(nèi)靠正極一端填充由AgAg2 2O O和少量和少量石墨組成的正極活性材料,負(fù)極石墨組成的正極活性材料,負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料,電解質(zhì)溶液為濃材料,電解質(zhì)溶液為濃KOHKOH溶液,溶液,已知電池內(nèi)已知電池內(nèi)ZnZn的氧化產(chǎn)物為的氧化產(chǎn)物為ZnOZnO,3、銀、銀-鋅電池鋅電池負(fù)極:負(fù)極:Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O 正極:正極:Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH- 總反應(yīng):總反應(yīng): Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag電極電極: Pt制作的惰性電

7、極制作的惰性電極電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液: KOH溶液溶液負(fù)極負(fù)極: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O正極正極: O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 總反應(yīng)總反應(yīng):2H2+ O22H2O拓展創(chuàng)新拓展創(chuàng)新氫氧燃料電池氫氧燃料電池若為酸性介質(zhì),試寫出電極反應(yīng)式?若為酸性介質(zhì),試寫出電極反應(yīng)式?思考思考: :負(fù)極:負(fù)極:2H2 - 4e- 4H+正極正極: O2+ 4H+ + 4e- 2H2O4 4、新型燃料電池新型燃料電池(氫氧燃料電池氫氧燃料電池/甲烷電池甲烷電池/煤氣電池煤氣電池/海水海水-空氣電池空氣電池)5、海水電池(電解質(zhì)溶液為海水)、海水電池(電解質(zhì)溶液為海水)負(fù)極:負(fù)極:

8、4Al-12e=4Al3+,正極:正極:3O2+6H2O+12e=12OH總反應(yīng):總反應(yīng):4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)36、鋰電池(非水有機(jī)溶劑電解液)、鋰電池(非水有機(jī)溶劑電解液)負(fù)極:負(fù)極:2Li-2e=2Li+,正極:,正極:I2+2e=2I,總反應(yīng):總反應(yīng):2Li+I2=2LiI跟相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比,使用壽命延長,跟相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比,使用壽命延長,高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲(chǔ)存壽命長。高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲(chǔ)存壽命長。1、2、金屬陽離子金屬陽離子失失e-氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)金屬腐蝕的類型金屬腐蝕的類型化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕電化腐蝕電化腐蝕析氫腐蝕

9、析氫腐蝕吸氧腐蝕吸氧腐蝕(常見普遍)(常見普遍)金屬腐蝕及防護(hù)金屬腐蝕及防護(hù)金屬原子金屬原子金屬腐蝕的本質(zhì):金屬腐蝕的本質(zhì):3、金屬腐蝕:金屬腐蝕:是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生化學(xué)是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(氧化反應(yīng)(氧化還原)而腐蝕損耗的過程。還原)而腐蝕損耗的過程。鋼鐵表面鋼鐵表面形成的微小形成的微小原電池原電池示意圖示意圖鋼鐵的腐蝕鋼鐵的腐蝕鋼鐵的鋼鐵的析氫腐蝕析氫腐蝕示意示意圖圖鋼鐵的鋼鐵的吸氧腐蝕吸氧腐蝕示意示意圖圖Fe2O3 nH2O(鐵銹鐵銹)通常兩種腐蝕同時(shí)存在,但以后者更普遍。通常兩種腐蝕同時(shí)存在,但以后者更普遍。析氫腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕吸氧腐蝕條件

10、條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。CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3- 電極反應(yīng)電極反應(yīng)負(fù)極負(fù)極Fe(- )Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正極正極C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-總反應(yīng)總反應(yīng):Fe+2H+=Fe2+2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3聯(lián)系聯(lián)系鋼鐵腐蝕的防護(hù):鋼鐵腐蝕的防護(hù):例例6:改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu):如將改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu):如將Cr、Ni等金屬加進(jìn)鋼等金屬加進(jìn)鋼里制成合金鋼。里制成合金鋼。A.C. 銅的金屬活動(dòng)性比氫小,因此不宜被氧化;銅

11、的金屬活動(dòng)性比氫小,因此不宜被氧化;B.D.它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金;它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金;2000年年5月,保利集團(tuán)在香港拍賣會(huì)上花費(fèi)月,保利集團(tuán)在香港拍賣會(huì)上花費(fèi)3000多萬港多萬港幣購回在火燒圓明園時(shí)流失的國寶:銅鑄的牛首、猴幣購回在火燒圓明園時(shí)流失的國寶:銅鑄的牛首、猴首和虎首,普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠,其主要首和虎首,普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠,其主要成分是成分是Cu2(OH)2CO3這三件這三件1760年銅鑄的國寶在年銅鑄的國寶在240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹,下列對(duì)起原因的分年后看上去仍然熠熠生輝不生銹,下列對(duì)起原因的分析,最可能的是析,最

12、可能的是環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去;環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去;( D )它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金;它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金;2.金屬表面覆蓋保護(hù)層金屬表面覆蓋保護(hù)層3.電化學(xué)保護(hù)法電化學(xué)保護(hù)法原理:原理:原理原理 :如油漆、油脂等,電鍍(如油漆、油脂等,電鍍(Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化等易氧化形成致密的氧化物薄膜)作保護(hù)層。物薄膜)作保護(hù)層。隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。犧牲陽極的陰極保護(hù)法犧牲陽極的陰極保護(hù)法形成原電池反應(yīng)時(shí),讓被保護(hù)金屬做正極,不反形成原電池反應(yīng)時(shí),讓被保護(hù)

13、金屬做正極,不反應(yīng),起到保護(hù)作用;而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。應(yīng),起到保護(hù)作用;而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。犧牲陽極犧牲陽極的的陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法示意圖示意圖練習(xí):練習(xí):下列裝置中的純鋅棒都浸在相同濃度下列裝置中的純鋅棒都浸在相同濃度的稀硫酸中,鋅棒腐蝕速度從快到慢的順序的稀硫酸中,鋅棒腐蝕速度從快到慢的順序是是 A B C D D 在同一電解質(zhì)溶液中,金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下:在同一電解質(zhì)溶液中,金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下:電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有防腐措施的腐蝕腐蝕有防腐措施的腐蝕 防腐措施由好到壞的順序如下:防腐措施由好到壞的順序如下:

14、外接電源的陰極保護(hù)法犧牲陽極的陰極保護(hù)法有外接電源的陰極保護(hù)法犧牲陽極的陰極保護(hù)法有一般防腐條件的腐蝕無防腐條件的腐蝕一般防腐條件的腐蝕無防腐條件的腐蝕小結(jié)小結(jié) 例例1 1:航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具:航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高能、輕便、無污染的優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有高能、輕便、無污染的優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有有酸式酸式和和堿式堿式兩種,它們放電時(shí)的總反應(yīng)都可兩種,它們放電時(shí)的總反應(yīng)都可以表示為以表示為2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O,酸式酸式電池中電解質(zhì)是電池中電解質(zhì)是酸酸,其其負(fù)負(fù)極反應(yīng)可表示為極反應(yīng)可表示為_,則其正極,則其正極反應(yīng)式為反應(yīng)式為_。堿式電池的電解

15、。堿式電池的電解質(zhì)是質(zhì)是堿堿,其,其正極正極反應(yīng)式為反應(yīng)式為_,則其負(fù)極反應(yīng)可表示為則其負(fù)極反應(yīng)可表示為_ 。 2H2-4e-+4OH-=4H2O 2H2-4e-=4H+O2+4e-+4H+=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-例例2 2:氫氣是燃料電池最簡單的燃料,雖然氫氣是燃料電池最簡單的燃料,雖然使用方便,卻受到價(jià)格和來源的限制。常用使用方便,卻受到價(jià)格和來源的限制。常用的燃料往往是某些碳?xì)浠衔?,如:甲烷、的燃料往往是某些碳?xì)浠衔?,如:甲烷、汽油等。?qǐng)寫出圖中甲烷燃料電池中汽油等。請(qǐng)寫出圖中甲烷燃料電池中a a極的極的電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式: ,此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)式此時(shí)電池內(nèi)總的反

16、應(yīng)式 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 例例3:有人設(shè)計(jì)出利用有人設(shè)計(jì)出利用CH4和和O2的反應(yīng),用的反應(yīng),用鉑電極在鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總?cè)芤褐袠?gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于反應(yīng)類似于CH4在在O2中燃燒,則下列說法正中燃燒,則下列說法正確的是(確的是( )每消耗每消耗1molCH4可以向外電路提供可以向外電路提供8mole-負(fù)極上負(fù)極上CH4失去電子,電極反應(yīng)式:失去電子,電極反應(yīng)式: CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O負(fù)極上是負(fù)極上是O2獲得電子,電極

17、反應(yīng)式為:獲得電子,電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-=4OH-電池放電后,溶液電池放電后,溶液PH不斷升高不斷升高 A. B. C. D.A 例例4:已知下列原電池的總反應(yīng)式,已知下列原電池的總反應(yīng)式,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,請(qǐng)寫出電極,請(qǐng)寫出電極反應(yīng)式反應(yīng)式 負(fù)極:負(fù)極:_ 正極:正極:_ 例例5:將上題中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池。畫出裝將上題中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池。畫出裝置圖并注明電極材料及電解質(zhì)溶液。置圖并注明電極材料及電解質(zhì)溶液。2Fe3+ + 2e- =2Fe2+Cu -2e- =Cu2+ 例例6:蓄電池在放電時(shí)起原電池的作用,在充電時(shí)起蓄電池在放電時(shí)起原電池的作用

18、,在充電時(shí)起電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分別在充電和電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分別在充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng):放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng):下列有關(guān)愛迪生蓄電池的推斷錯(cuò)誤的是下列有關(guān)愛迪生蓄電池的推斷錯(cuò)誤的是( ) A放電時(shí),放電時(shí),F(xiàn)e是負(fù)極,是負(fù)極,NiO2是正極是正極 B蓄電池的電極可以浸入某中酸性電解質(zhì)溶液中蓄電池的電極可以浸入某中酸性電解質(zhì)溶液中C充電時(shí),陰極上的電極反應(yīng)為:充電時(shí),陰極上的電極反應(yīng)為: D放電時(shí),電解質(zhì)溶液中的陰離子向正極方向移動(dòng)放電時(shí),電解質(zhì)溶液中的陰離子向正極方向移動(dòng) 答案:答案:B B、D D。 例例7、(99理綜理綜)熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率電效率,因而受到重視因而受到重視.可用可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融鹽混合物用電解質(zhì)的熔融鹽混合物用電解質(zhì),CO為陽極燃?xì)鉃殛枠O燃?xì)?空空氣與氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)獾幕旌蠚鉃殛帢O助燃?xì)?制得在制得在6500下工作的燃料電池下工作的燃料電池,完成有關(guān)的電池完成有關(guān)的電池反應(yīng)式反應(yīng)式: 負(fù)極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式: , 正極反應(yīng)

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