原電池課件上學期高二化學人教版選擇性必修1

第四章

化學反應(yīng)與電能

第一節(jié)

原

電

池

情境思考

(1)構(gòu)成條件：(2)原電池工作原理兩極，一液，一回路，自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。負極正極外電路內(nèi)電路離子的移動方向：陽正陰負電子不下水離子不上岸電子的移動方向：負極→正極一、原電池的工作原理知識回顧

1.單液原電池單液原電池的缺點：①鋅與CuSO4溶液直接接觸，可發(fā)生置換反應(yīng)，導致部分化學能轉(zhuǎn)為熱能。②工作時，鋅片上也有銅析出，原電池的電動勢很快降低，電壓不穩(wěn)定

思考三：如何避免H+在鋅片上得電子，提高原電池能量轉(zhuǎn)化效率?思考一：鋅極上有氣泡產(chǎn)生說明什么問題？鋅失去的電子沒有完全經(jīng)過導線，導致化學能轉(zhuǎn)化成電能效率降低，電池壽命短。鋅片不能伸入H2SO4溶液中。思考二：H+在鋅片上得電子會導致什么后果？

一部分H+直接在鋅片表面得電子生成H2。思考與討論

怎樣改進原電池裝置，獲得穩(wěn)定的電流？H2SO4溶液ZnCuAH2SO4溶液ZnACu浸有NaCl溶液的濾紙條ZnSO4溶液2.雙液原電池鋅片（還原劑）在與H+（氧化劑）沒有直接接觸的情況下也能構(gòu)成原電池，但是需要合適的“橋梁”溝通兩種電解質(zhì)溶液。鹽橋：通常是將浸泡了飽和KCl溶液的瓊膠裝在U型管中。特點：1.鹽橋中的K+、Cl-可以自由移動2.瓊膠起到固定作用，防止KCl溶液直接流出來。3.離子只出不進。電流弱，但是比較穩(wěn)定Zn2+Zn－2e－=Zn2＋Cu2+Cu2＋＋2e－=CuCl-K+思考七：鹽橋有什么作用？微觀探析思考六：鹽橋中K+和Cl-的移動方向？思考四：鹽橋中有電子流過嗎？不能，兩溶液中SO42-濃度不變1.溝通內(nèi)電路，形成閉合回路；2.提供離子，保持兩溶液電中性；3.提高能量轉(zhuǎn)化效率雙液原電池的工作原理沒有思考五：兩溶液中的離子能通過鹽橋嗎？K+向正極移動，Cl-向負極移動；只出不進陰離子負極液正極液鹽橋陽離子陽離子陽離子電流電流氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+還原反應(yīng)Cu2+

+2e-=Cu負極正極外電路ZnCu失e-，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生內(nèi)電路分為兩個半電池進行思維模型電子不下水離子不上岸改進?增大電流呢？縮短鹽橋的長度，增大鹽橋的橫截面積能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？思考八：雙液原電池電流弱的原因？①離子運動的距離長②離子運動的通道窄③離子容量?、訇栯x子交換膜：只允許陽離子通過③質(zhì)子交換膜：只允許H+通過②陰離子交換膜：只允許陰離子通過電流強而且穩(wěn)定思考九：隔膜原電池中離子是如何移動的呢，離子濃度怎樣變化？SO42-向負極移動，ZnSO4(aq)中c(SO42-)增大，H2SO4(aq)中c(SO42-)減小3.隔膜原電池生活中膜電池名稱單液原電池雙液原電池隔膜原電池優(yōu)點缺點小

結(jié)電流強1.能量轉(zhuǎn)化率低2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短1.內(nèi)阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長3.內(nèi)阻小，電流強數(shù)字化實驗探究原電池

電流較大，衰減快，轉(zhuǎn)化效率低電流較小，電流穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率高學以致用1．（廣東高考題）用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的U形管）構(gòu)成一個原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是（）①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為：Ag++e-=Ag③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A．①② B．②③ C．②④ D．③④C2.（安徽高考題）高密度儲能電池鋅溴電池如圖所示，總反應(yīng)為Zn+Br2=ZnBr2。下列說法錯誤的是（

）A．電極M為正極B．負極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+D．每轉(zhuǎn)移2mole-，理論上有1molZn2+通過離子交換膜C．隨著放電的進行，ZnBr2溶液的濃度減小C化學電池是將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。一次電池二次電池燃料電池①分類（充電電池）二、化學電源知識回顧

②優(yōu)點(1)能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。(2)可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。(3)易維護，可在各種環(huán)境下工作。③判斷電池優(yōu)劣的標準(1)比能量:(W·h)/kg或(W·h)/L(2)比功率：W/kg或W/L(3)電池的儲存時間的長短。除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好。資料卡片與電化學相關(guān)的物理知識：①元電荷：②法拉利常數(shù)：F=eNA=96500c/mol③電功：1度電＝1kw·h=1000w×3600s=3.6×106JQ＝96500×n(e-)e=1.6×10-19cW=UQ＝UIt＝PtW=UQ＝U×96500×n(e-)J(1)鋅錳電池（NH4Cl糊狀物為電解質(zhì)）干電池：電解質(zhì)溶液制成不流動膠狀負極：Zn-2e-=Zn2+正極：2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2OZn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O電池反應(yīng)：普通鋅錳電池鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和H2O等1.一次電池(2)堿性鋅-錳干電池電解質(zhì)：KOH負極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-電池反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2堿性電池

氫氧化氧錳電解質(zhì)溶液為

KOH溶液，電極反應(yīng)式負極：

Zn－2e－+2OH－==Zn(OH)2

正極：Ag2O+H2O+2e－==2Ag+2OH－總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O==2Ag+Zn(OH)2

(3)鋅銀電池—紐扣電池(4)鋰亞硫酰氯(Li/SOCl2)電池Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。①負極材料為____，電極反應(yīng)為_________________。②正極的電極反應(yīng)為_______________________________。鋰8Li－8e－===8Li＋3SOCl2＋8e－===2S＋

＋6Cl－

必須在無水、無氧的條件下組裝鋰金屬電池，原因是構(gòu)成電池的兩個主要成份Li能和氧氣水反應(yīng)，且SOCl2也與水反應(yīng)。(1)鉛酸蓄電池鉛酸電池由兩組柵狀電極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2,負極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液。構(gòu)造：鉛蓄電池的構(gòu)造

可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉。優(yōu)點：缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境2.二次電池(又叫充電電池、蓄電池)充放電過程：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb-2e-+SO42-=PbSO4

正極：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)負極：①放電過程:鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程②充電過程：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

還原反應(yīng)陰極(接負極)：陽極(接正極)：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-氧化反應(yīng)總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4正接正，負接負

優(yōu)點：(2)鎳鎘電池負極：正極：放電陽極：充電陰極：Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電缺點：電解質(zhì)溶液為KOH溶液比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用。鎘金屬對于環(huán)境有污染，電池容量小，壽命短,有電池記憶Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)22NiO(OH)+2e-

+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-

Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-Ni(OH)2－2e-+OH-=NiO(OH)+H2O總反應(yīng)：(3)鎳氫電池圓柱可充鎳氫電池

方形可充鎳氫電池

能量密度高；無鎘污染，是一種綠色電池；可大電流快速充放電；電池工作電壓為；在小型便攜電子器件、電動工具、電動車輛和混合動力車上逐步得到應(yīng)用。優(yōu)點：H2+2NiOOH2Ni(OH)2

放電充電正極：負極：放電陽極：陰極：充電總反應(yīng)：H2

-2e-+2OH-=2H2O2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-2H2O+2e-=H2+2OH-

2

Ni(OH)2

－2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O(4)鋰離子電池總反應(yīng)：正極：

負極：

放電陽極：陰極：充電LixC6+Li1-xCoO2LiCoO2＋6C放電充電負極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6

)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)電解液：鋰導電有機電解液LixC6

－xe－＝6C+xLi+Li1-xCoO2+xe-+xLi+

＝LiCoO26C+xe－+xLi+＝LixC6

LiCoO2－xe-

＝Li1-xCoO2+xLi+

Li+由石墨中脫嵌移向正極，嵌入LiCoO2晶體Li+從LiCoO2晶體中脫嵌，由正極回到負極，嵌入石墨中(5)磷酸鐵鋰系鋰離子電池：負極：正極：放電充電陰極：正極：LixC6+Li1-xFePO46C+LiFePO4放電充電6C+xLi++xe-

＝LixC6LiFePO4

－xe-＝Li1-xFePO4+xLi+

LixC6

－xe-

＝xLi++6CLi1-xFePO4+xe-+xLi+

＝LiFePO4總反應(yīng)：

③優(yōu)點：能連續(xù)不斷的提供電能。②特點：電極本身只是催化轉(zhuǎn)化元件，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給。①定義：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能轉(zhuǎn)化成電能的化學電池3.燃料電池電解液H2O2e-2e-氫氣氧氣H+

OH-A

負極

正極O2H2H2O（1）氫氧燃料電池燃料：氧化劑：電解質(zhì)：電極：H2O2酸或堿Pt2H2-4e-

=4H+O2+4e-+4H＋

=2H2O

總反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O負極：正極：①酸性氫氧燃料電池②堿性氫氧燃料電池2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O負極：正極：(2)甲烷-氧燃料電池負極：正極：電池總反應(yīng)式：電解質(zhì)為KOHCH4-8e-+10OH-＝CO32-+7H2O2O2+8e-+4H2O＝8OH-CH4+2O2+2OH-＝CO32-+3H2O(3)甲醇燃料電池電解質(zhì)為KOH負極：正極：電池總反應(yīng)式：CH3OH

-6e-+8OH-＝CO32-+6H2OO2+4e-+2H2O

＝4OH-2CH3OH+3O2+4OH-＝2CO32-+6H2O(4)肼燃料電池N?H4－4e-+4OH-=N?↑+4H?O電解質(zhì)為KOH負極：正極：電池總反應(yīng)式：O?+4e-+2H?O=4OH-N?H4+O?=N?↑+2H?O(5)固體燃料電池以熔融金屬氧化物為介質(zhì)，高溫下能傳導O2-電池總反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2OO2+4e-=2O2－

正極：2H2-4e-+2O2－=2H2O

負極：（6）熔融鹽電池

比如用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負極反應(yīng)物，空氣與CO2的混合氣為正極反應(yīng)物，制得在650℃下工作的燃料電池。高溫下能傳導CO32-，在工作過程中，電解質(zhì)熔融鹽的組成、濃度不變。正極：O2＋2CO2＋4e－═2CO32－；

負極：2CO＋2CO32-－4e－

═4CO2；

總反應(yīng)：2CO＋O2═2CO2。(1)鐵鉻液流電池

Fe3++Cr2+Fe2+

+Cr3+

放電充電陰極：Cr3++e-＝Cr2+陽極：Fe2+－e-＝Fe3+負極：Cr2+－e-＝Cr3+正極：Fe3++e-＝Fe2+充電放電4.液流電池(主要用于儲能)(2)全釩液流電池負極：V2+－e-＝V3+正極：VO2++2H++e-＝VO2++H2O離子顏色：V2+紫色，

V3+綠色，VO2+藍色，VO2+黃色陰極：V3++e-＝V2+陽極：VO2+－e-+H2O＝VO2++2H+VO2++2H++V2+

V3++VO2++H2O放電充電a．確定原電池的正負極，