第四章化學反應與電能第一節(jié)原電池目錄CONTENTS01原電池的工作原理化學電源021原電池的工作原理現(xiàn)代生活離不開方便實用的化學電源，各種各樣的化學電源都是依據(jù)原電池的原理制造的。現(xiàn)代生活離不開方便實用的化學電源，各種各樣的化學電源都是依據(jù)原電池的原理制造的。1、概念：原電池是把________轉化為_____的裝置。鋅銅單液原電池示意圖化學能電能2、構成條件：反應——自發(fā)進行的氧化還原反應（放熱反應）電極——兩個活潑性不同的電極溶液——電解質溶液回路——形成閉合回路內電路：電解質溶液作離子導體外電路：導線作電子導體原電池的工作原理稀硫酸鋅片銅片Zn－2e－=Zn2+氧化反應負極發(fā)生溶解2H++2e－=H2↑還原反應正極產生氣泡外電路內電路負極

沿導線

正極正極沿導線負極電子流向：電流方向：陽離子正極陰離子負極原電池總反應：_____________________3、工作原理注意：電子不下水，離子不上岸Zn+2H+=Zn2++H2↑原電池的工作原理4、正負極判斷原電池的工作原理5、電極反應式的書寫原電池的工作原理(3)原電池放電時的正、負極(或電解池電解時的陰、陽極)的電極反應式都應滿足氧化還原反應的電子得失守衡。電極反應式的書寫規(guī)則(1)原電池放電時的正、負極的電極反應式中各微粒的化學式均嚴格按照離子方程式的書寫規(guī)則進行書寫(即除了易溶且易電離的物質才可拆成離子形式，其它物質一律只寫成化學式)。(2)電極反應式不僅寫出被氧化和被還原的物質及其產物外，還須包括該極

區(qū)周圍電解質溶液中參加了離子反應的微粒在內。(注意：由于鹽類的水解

程度一般很小，因此可不考慮某些離子的水解反應)5、電極反應式的書寫寫出Mg—Al—NaOH溶液原電池的電極反應式寫出Fe—Cu—濃硝酸原電池的電極反應式負極：2Al-6e-+8OH—=2AlO2—+4H2O正極：6H2O+6e-=6OH—+3H2↑

負極：Cu-2e-=Cu2+正極：4H++2e-+2NO3—=2NO2↑+2H2O原電池的工作原理6、原電池的應用

①比較金屬性強弱

②加快氧化還原反應的速率

③防止金屬被腐蝕

④制作電池原電池的工作原理請根據(jù)反應：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu設計一個原電池。

CuSO4

溶液ZnCu①電流表指針發(fā)生偏轉，但不穩(wěn)定②兩個電極上都有紅色物質生成現(xiàn)象：思考：如何才能得到持續(xù)穩(wěn)定的電流？原電池的工作原理電流計指針不偏轉，沒有構成閉合回路（即:無電子定向移動）

CuSO4ZnSO4

CuSO4指針會偏轉嗎？原電池的工作原理解決問題的核心：使還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸單液雙液ZnSO4溶液ZnCuCuSO4溶液ZnSO4溶液ZnCuCuSO4溶液怎樣能使其成為原電池？×原電池的工作原理兩個溶液間缺少離子導體，無法形成閉合回路ZnSO4溶液ZnCuCuSO4溶液KClZnSO4溶液ZnCuCuSO4溶液鹽橋－＋e-ZnSO4溶液中：Zn－2e-=Zn2+Cu2++2e-=CuCuSO4溶液中：兩式相加得：Zn+Cu2+=Zn2++Cu怎樣能使其成為原電池？負極：正極：鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl(或KNO3、NH4NO3)飽和溶液原電池的工作原理雙液原電池原電池的工作原理隨著反應的進行ZnSO4溶液中Zn2+離子濃度增大，為使ZnSO4溶液保持電中性，鹽橋中的Cl-會移向ZnSO4溶液隨著反應的進行CuSO4溶液中Cu2+離子濃度減小，為使CuSO4溶液保持電中性，鹽橋中的K+會移向CuSO4溶液Zn-2e-Zn2+Cu2++2e-Cu雙液原電池的工作原理2、帶鹽橋原電池（雙液原電池）的工作原理普通原電池的缺點：____________________________________________________________________________________________鹽橋的作用：___________________________________________________________________________________________________鹽橋內的組成成分：_______________________________________________________①斷開電路并不能徹底終止反應②向外輸出電流小且不穩(wěn)定，能量轉化率低。①連接內電路，形成閉合回路②獲得持續(xù)穩(wěn)定的電流③減少副反應發(fā)生，能量轉化率高。通常裝有含瓊膠的KCl(或KNO3、NH4NO3等)飽和溶液原電池的工作原理雙液原電池解決了電池自損耗的問題請根據(jù)以下反應設計一個能持續(xù)產生電流的原電池裝置，畫出裝置圖。

Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2AgAgNO3AgCuCu(NO3)2A原電池的工作原理為獲得較長時間的穩(wěn)定電流，如何將“Zn-稀H2SO4-Cu”組成的原電池（如左下圖）進行簡單改裝？A稀H2SO4鋅片

銅片ZnSO4ZnCuH2SO4A原電池的工作原理化學電源廣泛的應用于生活、生產和科研中，那么：電池是工作原理是什么？如何產生電流的？銀鋅電池干電池鉛酸電池鎳氫電池燃料電池鋰電池市場上令人眼花繚亂的電池2化學電源1、化學電源的分類

是各種化學電源的雛形,常分為以下三類:

(1)一次電池:也叫作_____________,放電后不可再充電。如：普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀電池等。(2)二次電池:又稱________________或蓄電池,放電后可以再充電而反復使用的電池。如：鉛酸蓄電池、鋰離子電池等。

(3)燃料電池:連續(xù)地將

和

的化學能直接轉化為電能的化學電源。如：氫氧燃料電池等。原電池干電池可充電電池燃料氧化劑化學電源2、化學電源的優(yōu)點(1)能量轉化率高，供能穩(wěn)定可靠。(2)可以制成各種形狀、大小和不同容量的電池及電池組，使用方便。(3)方便攜帶、易于維護?；瘜W電源3、判斷電池優(yōu)劣的主要標準(1)比能量:單位質量或單位體積所能輸出_______的多少,單位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。

(2)比功率:單位質量或單位體積所能輸出

的大小,單位是W·kg-1或W·L-1(3)電池可儲存時間的長短。電能功率4、化學電源簡介（1）一次電池

①普通鋅錳電池

負極（Zn）：_____________________________________

正極（C）：______________________________________

總反應：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)Zn-2e—=Zn2+2NH4++2MnO2+2e—=2NH3+2MnO(OH)化學電源——放電后不可充電的電池缺點：會發(fā)生自放電電解質氯化氨為酸性，會腐蝕電池的鋅筒且反應有氫氣生成，易造成電池膨脹及漏液現(xiàn)象4、化學電源簡介（1）一次電池

化學電源——放電后不可充電的電池②堿性鋅錳電池負極（Zn）：________________________________正極（MnO2）：______________________________總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2Zn+2OH--2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-特點：堿性干電池增大了正負極間的相對面積，用高導電性的氫氧化鉀溶液替代了氯化銨、氯化鋅溶液，鋅變成粉末狀，同時采用反應活性更高的二氧化錳粉，產生大電流和高電壓，其比能量和可儲存時間均有所提高③鋅銀電池負極：______________________________________正極：______________________________________總反應：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgZn+2OH－-2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+

2e-=2Ag+2OH－化學電源特點：體積小、重量輕，便于攜帶；能量密度高，壽命長，穩(wěn)定性高，對環(huán)境友好。不足：成本高，回收困難（1）一次電池——放電后不可充電的電池（2）二次電池

①鉛酸蓄電池總反應式：______________________________________

放電反應原理

負極：_______________________________________

正極：_______________________________________放電過程中,負極質量的變化是___

,H2SO4溶液的濃度__________Pb-2e-+SO42－=PbSO4PbO2+

2e-+SO42－+4H+=PbSO4+2H2O增大減小化學電源——又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復使用的電池特點：電壓穩(wěn)定，使用方便，安全可靠，價格低廉思考：鉛蓄電池的電極反應物(Pb、PbO2)和放電后的產物(PbSO4)均以固體形式附著在電極材料表面，分析這樣設計的目的。目的：使電極反應物和產物富集在電極材料表面，充、放電時可以循環(huán)轉化，實現(xiàn)電池重復使用。②鋰離子電池總反應式：LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy

負極：嵌鋰石墨(LixCy)__________________________正極：鈷酸鋰(LiCoO2)__________________________反應過程:放電時,Li+從石墨中脫嵌移向正極,嵌入鈷酸鋰晶體中,充電時,Li+從鈷酸鋰晶體中脫嵌,由正極回到負極,嵌入石墨中。這樣在放電、充電時,鋰離子往返于電池的正極、負極之間,完成

與

的相互轉化。

化學能電能LixCy—

xe-=xLi++Cy

Li1—xCoO2+xLi++

xe-=LiCoO2化學電源（2）二次電池——又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復使用的電池廢舊電池中常含有重金屬、酸和堿等物質，如果隨意丟棄，會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。因此，應當重視廢舊電池的回收利用，這樣既可以減少環(huán)境污染，又可以節(jié)約資源。2022北京冬奧會的成功舉辦，不但給全世界留下了精彩紛呈的冰雪記憶，也創(chuàng)造了多項令人激動的世界“首次”。對于城市文化而言，北京市由此成為世界上的首座雙奧之城，而對于汽車行業(yè)來說，北京冬奧則成為世界奧林匹克歷史上，首次大規(guī)模應用新能源車型(氫燃料電池車)

的一屆盛會?；瘜W電源燃料電池的兩個電極的作用：____________________理論上講，所有的燃燒反應均可設計成燃料電池。除氫氣外，還有烴、肼、甲醇、氨、煤氣等氣體或液體。燃料電池的優(yōu)點有：__________________________________________________________________________________________________________________導電、催化反應

①氧化劑與燃料在工作時不斷由外部供給，生成物不斷被排出，能連續(xù)不斷的提供電能②能量轉換率高，節(jié)約能源③綠色環(huán)保，對環(huán)境友好。化學電源（3）燃料電池——是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電源氫氧燃料電池基本構造：

電解質溶液電極電極反應式酸性（H2SO4）負極

正極

中性（K2SO4）負極

正極

堿性（KOH）負極

正極

2H2-4e-=4H+

O2+4H++4e-=2H2O2H2-4e-+4OH-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-

2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-化學電源思考：酸性(堿性)條件下，甲烷、肼、甲醇、氨作為燃料時，負極的電極反應式？

電解質電極反應式或總反應式①酸性介質正極

負極

總反應

②堿性介質正極

負極

總反應

以CO為燃料,請分別寫出電解質符合下列條件的正、負極的電極反應式和總反應式(填入表格中)。O2+4H++4e-=2H2O2CO+2H2O-4e-=2CO2+4H+2CO+O2=2CO2O2+2H2O+4e-=4OH-2CO+8OH—-4e-=2CO32—+4H2O2CO+O2+4OH—=2CO32—+2H2O化學電源③固體氧化物(其中O2-可以在固體介質中自由移動)正極

負極

總反應

④熔融碳酸鹽(CO32—)正極

負極

總反應

O2+4e-=2O2—2CO+2O2--e-=2CO2

2CO+O2=2CO2O2+2CO2+4e-=2CO32—2CO+2C