高中化学 第1章 化学反应与能量转化 1.3 原电池的工作原理课件 鲁科版选修4

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1、第第3 3节节 化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池第第1 1课时课时 原电池的工作原理原电池的工作原理试剂和仪器：试剂和仪器： CuSOCuSO4 4溶液，锌粉，溶液，锌粉，锌片，铜片，检流计锌片，铜片，检流计(G)(G)，导线，大烧杯导线，大烧杯将锌粉加入将锌粉加入CuSOCuSO4 4溶液中，会发生反应溶液中，会发生反应:Zn+Cu:Zn+Cu2+2+=Zn=Zn2+2+Cu+Cu。该反应是放热反应，请设计实验将该反应所释放的能量转该反应是放热反应，请设计实验将该反应所释放的能量转化为电能并实施你设计的实验。画出装置图并标出名称。化为电能并实施你设计的实验。画出装置图并标出名称。G

2、GZnZnCuCu CuSO CuSO4 4溶液溶液正极正极(Cu ): Cu(Cu ): Cu2+2+2e+2e- - = Cu Cu ( (还原反应）还原反应）负极负极( (Zn)Zn): :Zn-2eZn-2e- - =Zn=Zn2+2+ ( (氧化反应）氧化反应） 一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理1.1.负极失电子，电子经导线负极失电子，电子经导线流向正极，溶液中的阳离流向正极，溶液中的阳离子在正极表面得电子。子在正极表面得电子。CuCuZnZn- - -ZnZn2+2+CuCu2+2+阳离子阳离子阴离子阴离子SOSO4 42-2-2.2.电极反应电极反应电子沿导线传递，电子沿

3、导线传递， 产生电流产生电流这是改进后的这是改进后的Cu-ZnCu-Zn原电池，仍能形成电流。原电池，仍能形成电流。如图所示，还能形成电流吗？如图所示，还能形成电流吗？观察观察.思考思考常用琼脂和常用琼脂和KClKCl。ClCl- -向锌盐方向移动，向锌盐方向移动，K K+ +向铜盐方向移动，向铜盐方向移动，使硫酸锌和硫酸铜溶液一直保持使硫酸锌和硫酸铜溶液一直保持电中性，从而保证电子电中性，从而保证电子( (带负电荷带负电荷) )不断从不断从ZnZn极流向极流向CuCu极。极。了解盐桥的成分和作用：了解盐桥的成分和作用：G GZnZnCuCu CuSO CuSO4 4溶液溶液导线的作用是传递电

4、子，联通外电路。而盐桥的作用则是联通内电路。导线的作用是传递电子，联通外电路。而盐桥的作用则是联通内电路。同时盐桥还减小副反应的发生。同时盐桥还减小副反应的发生。氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液H2SO4失失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2H+2e- =H2阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 2H+2e- =H2Zn-2e- =Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电极反应电极反应正极：正极：负极：负极：（氧

5、化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子外电路外电路内电路内电路原电池的构成条件：原电池的构成条件：有两个活动性不同的电极有两个活动性不同的电极电极材料均插入电解质溶液中电极材料均插入电解质溶液中两极相连形成闭合电路两极相连形成闭合电路一个自发进行的氧化还原反应一个自发进行的氧化还原反应 例例2 2 关于如图所示装置的叙述，下列叙述正确的是关于如图所示装置的叙述，下列叙述正确的是( )( )A A铜是阳极，铜片上有气泡产生铜是阳极，铜片上有气泡产生B B铜片质量逐渐减少铜片质量逐渐减少C C电流从锌片经导线流向铜片电流从锌片经导线流向铜片D D铜离子在铜片表面被还原铜离子在铜片

6、表面被还原D D不一定。例如：不一定。例如：负极：负极：2Al+8OH2Al+8OH6e6e- - =2Al(OH)=2Al(OH)4 4 正极：正极：6H6H2 2O+6eO+6e- - =3H=3H2 2+6OH+6OH 根据金属活动性顺序表可知，镁比铝活泼。根据金属活动性顺序表可知，镁比铝活泼。用镁和铝作原电池的两电极，镁一定作负极吗？用镁和铝作原电池的两电极，镁一定作负极吗？总反应：总反应：2Al+2OH2Al+2OH+6H+6H2 2O=2Al(OH)O=2Al(OH)4 4 +3H+3H2 2二、原电池原理的应用二、原电池原理的应用1.1.加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速

7、率原因：锌置换出铜，原因：锌置换出铜， 形成铜形成铜- -锌原电池，锌原电池， 加快了反应速率。加快了反应速率。例如：用锌和稀硫酸反应制氢气，例如：用锌和稀硫酸反应制氢气，常加入少量常加入少量CuSOCuSO4 4溶液。溶液。CuCuZnZnCuSOCuSO4 4溶液溶液2.2.比较金属的活动性比较金属的活动性一般负极是活泼金属，正极金属的活泼性较弱。一般负极是活泼金属，正极金属的活泼性较弱。例：把例：把a a、b b、c c、d d 四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池若两相连可以组成各种原电池若a a、b b相连时，相连时，a a为负极；

8、为负极；c c、d d相连时，相连时，c c为负极；为负极；a a、c c相连时，相连时，c c为正极；为正极；b b、d d相相连时，连时，b b为正极则这四种金属的活动性顺序由大到小为为正极则这四种金属的活动性顺序由大到小为 。a ab bc cd da ac cd db ba ac cd db b 1.1.如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其如图所示，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；小心地向烧杯中央滴入悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心地向烧杯中央滴入CuSOCuSO4 4溶液，片刻后可观察到的现象是溶液，片刻后可观察到的现象是( )( )A.A.

9、铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B.B.保持平衡状态保持平衡状态C.C.铁圈向下倾斜铁圈向下倾斜D.D.银圈向下倾斜银圈向下倾斜 D D2.2.对于原电池的电极名称，下列叙述正确的是对于原电池的电极名称，下列叙述正确的是( )( )A.A.电子流入的为负极电子流入的为负极B.B.比较活泼的为正极比较活泼的为正极C.C.电子流入的为正极电子流入的为正极 D.D.发生氧化反应的为正极发生氧化反应的为正极C C3.3.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其充电和放电银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其充电和放电过程可以表示为过程可以表示为: :2Ag+ Zn(OH)2Ag+ Zn(OH

10、)2 2 Ag Ag2 2O + Zn+HO + Zn+H2 2O O，则电池放电时，则电池放电时，负极上发生反应的物质是（负极上发生反应的物质是（ ）A.AgA.Ag B.Zn(OH) B.Zn(OH)2 2 C.Ag C.Ag2 2O D. ZnO D. ZnD D0 0+2+2充电充电放电放电不要妄自菲薄，你要始终认为自己是很有价值的。第第2 2课时课时 化学电源化学电源161.1.了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解常见化学电源的种类及其工作原理；2.2.通过学习几种重要的化学电源，了解原电池在实际生活通过学习几种重要的化学电源，了解原电池在实际生活中的应用。中的应用。17锂锂电电

11、池池干干电电池池叠叠层层电电池池钮钮扣扣电电池池化学电源：能够实际应用的原电池化学电源：能够实际应用的原电池18化学化学电源电源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锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池锌银钮扣电池锌银钮扣电池( (干电池干电池) )( (蓄电池或蓄电池或可充电电池可充电电池) )了解化学电源的分类了解化学电源的分类191.1.普通锌锰电池普通锌锰电池一、干电池一、干电池用锌制桶形外壳作负极，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，位于中央的顶盖有铜帽的石墨

12、作正极，在石墨周围填充在石墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电和淀粉作电解质溶液，还填充解质溶液，还填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正的黑色粉末吸收正极放出的极放出的H H2 2，防止产生极化现象。，防止产生极化现象。20负极：负极：正极：正极：Zn -2eZn -2e- - = Zn= Zn2+2+2NH2NH4 4+ +2e+2e- - = 2NH = 2NH3 3+H+H2 2（1 1）酸性锌锰电池）酸性锌锰电池请写出各电极的电极反应：请写出各电极的电极反应：21（2 2）碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵作电解质，）碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵作

13、电解质，其电极反应为：其电极反应为：负极：负极：Zn+2OHZn+2OH- -2e-2e- -=ZnO+H=ZnO+H2 2O O正极：正极：MnOMnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=Mn(OH)=Mn(OH)2 2+2OH+2OH- -电池反应为：电池反应为：Zn+MnOZn+MnO2 2+H+H2 2O=ZnO+Mn(OH)O=ZnO+Mn(OH)2 20 0+4+4+2+2+2+222铅蓄电池铅蓄电池（1 1）正负极材料）正负极材料正极：正极：PbOPbO2 2负极：负极：PbPb电解质：电解质：H H2 2SOSO4 4溶液溶液2.2.二次电池二次电池既能放电又能充电

14、既能放电又能充电23正极：正极：阴极：阴极：阳极：阳极：PbPb + PbO + PbO2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4 + 2H + 2H2 2O O充电充电放电放电负极：负极：放电：原电池放电：原电池充电：电解池充电：电解池PbPb - 2e - 2e- - + SO + SO4 42- 2- =PbSO=PbSO4 4PbOPbO2 2 +2e +2e- - +SO +SO4 42- 2- + 4H+ 4H+ + =PbSO=PbSO4 4 +2H +2H2 2O OPbSOPbSO4 4 + 2e+ 2e- - = = PbPb + SO +

15、 SO4 42-2-PbSOPbSO4 4 -2e -2e- - +2H +2H2 2O = PbOO = PbO2 2 +SO +SO4 42- 2- + 4H+ 4H+ + 0 +4 +20 +4 +224（2 2）工作机制）工作机制（1 1）铅蓄电池的负极材料是）铅蓄电池的负极材料是 。 （2 2）放电时）放电时PbOPbO2 2电极上发生电极上发生 反应反应, Pb, Pb电极上发生电极上发生 反应（填反应（填“氧化氧化”或或“还原还原”）。）。（3 3）充电时，电池反应为）充电时，电池反应为: : _。 PbPb还原还原氧化氧化2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O=PbOO

16、=PbO2 2+Pb+2H+Pb+2H2 2SOSO4 4253.3.新型燃料电池新型燃料电池利用氢气、天然气等燃料与氧气利用氢气、天然气等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一来的化学能直接转化成电能的一类原电池。类原电池。用途：宇宙飞船，应用前景广阔。用途：宇宙飞船，应用前景广阔。26燃料电池燃料电池不是不是把还原剂、把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排将电极反应产物不断排出电池。出电池。优点：能量转化率高，可持续使用

17、，优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好。对环境友好。27负极负极:2H:2H2 24e4e- -=4H=4H+ +正极正极:O:O2 2+4e+4e- -4H4H+ +=2H=2H2 2O O 总反应方程式：总反应方程式： 2H2H2 2O O2 2=2H=2H2 2O O（1 1）酸性氢氧燃料电池）酸性氢氧燃料电池28（2 2）碱性氢氧燃料电池）碱性氢氧燃料电池电池总反应：电池总反应：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O负极负极: : 2H 2H2 2+4OH+4OH- -4e4e- -=4H=4H2 2O O正极正极: : O O2 2+ 2H+ 2H2 2O+4eO

18、+4e- -=4OH=4OH- -29酸性和碱性氢氧燃料电池中，反应进行一段时间后电解质酸性和碱性氢氧燃料电池中，反应进行一段时间后电解质溶液的溶液的pHpH分别如何变化？分别如何变化？碱性氢氧燃料电池中碱性氢氧燃料电池中pHpH变小，变小，酸性氢氧燃料电池中酸性氢氧燃料电池中pHpH变大。变大。30固体燃料电池固体燃料电池介质介质电池反应：电池反应：2H2H2 2 +O+O2 2 = 2H= 2H2 2O O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2H2 2-4e-4e- -+2O+2O2 2=2H=2H2 2O O O O2 2+4e+4e- -=2O=2O2 2 2H2H2 2-4e-4

19、e- -=4H=4H+ + O O2 2+4H+4H+ +4e+4e- -=2H=2H2 2O O 31将铂丝插入将铂丝插入KOHKOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作甲烷燃料电池。根据对两极上反应的实质判燃烧，所以称作甲烷燃料电池。根据对两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为断，通入甲烷的一极为 ，这一极的电极反应为，这一极的电极反应为 ；通入氧气的一极为；通入氧气的一极为_，电极反应为电极反应为 ，总反应为总反应为 。负极负极CH

20、CH4 4-8e-8e- -+10OH+10OH- - =CO=CO3 32-2-+7H+7H2 2O O正极正极O O2 2+4e+4e- -+2H+2H2 2O=4OHO=4OH- -CHCH4 4+2O+2O2 2+2KOH=K+2KOH=K2 2COCO3 3+3H+3H2 2O O321.1.碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池 电池反应：电池反应：Zn+MnOZn+MnO2 2+H+H2 2O=ZnO+Mn(OH)O=ZnO+Mn(OH)2 2正极：正极：MnOMnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e- -=Mn(OH)=Mn(OH)2 2+2OH+2OH- -负极：负极：Zn+2O

21、HZn+2OH- -2e-2e- -=ZnO+H=ZnO+H2 2O O0 0+4+4+2+2+2+2331.1.某种锂电池的总反应为某种锂电池的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2 =LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说下列说法正确的是（法正确的是（ ）A. LiA. Li是正极，电极反应为是正极，电极反应为 Li -eLi -e- - =Li=Li+ +B. LiB. Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为 Li - eLi - e- - = Li= Li+ + C. LiC. Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为 MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO=

22、MnO2 2D. LiD. Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为 Li -2eLi -2e- -= Li= Li2+2+B B+3+3342.2.锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为：锌锰干电池在放电时电池总反应方程式可以表示为：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4+ +=Zn=Zn2+2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O 在此电池放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是在此电池放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是 （ ） A AMnOMnO2 2和和NHNH4 4+ + B BZnZn2+2+和和NHNH4 4+ + C

23、CZn DZn D碳棒碳棒 A A353.3.如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为AgAg2 2O O和和ZnZn，电解，电解质溶液是质溶液是KOHKOH溶液，俗称银锌电池，该电池的总反应式为：溶液，俗称银锌电池，该电池的总反应式为：Zn +AgZn +Ag2 2O=ZnO+2AgO=ZnO+2Ag。根据以上提供的资料，判断下列说。根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是（法正确的是（ ） A A锌为正极，锌为正极，AgAg2 2O O为负极为负极 B B放电时正极附近溶液的放电时正极附近溶液的pHpH升高升高 C C放电时负极附近溶液的放电时负极附近溶液的

24、pHpH升高升高 D D溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动 B B364.4.随着生活水平的不断提高，废电池必须集中处理的问随着生活水平的不断提高，废电池必须集中处理的问题被提到议事日程上来，首要原因是（题被提到议事日程上来，首要原因是（ ）A.A.利用电池外壳的金属材料利用电池外壳的金属材料 B.B.回收其中的石墨电极回收其中的石墨电极C.C.不使电池中渗出的电解液腐蚀其他物品不使电池中渗出的电解液腐蚀其他物品D.D.防止电池中的汞、镉、铅等重金属离子污染水或土壤防止电池中的汞、镉、铅等重金属离子污染水或土壤D D375.5.（双

25、选）下图为氢氧燃料电池工作原理示意图，按此图（双选）下图为氢氧燃料电池工作原理示意图，按此图提示，下列叙述不正确的是提示，下列叙述不正确的是( )( )A.bA.b电极的电极反应为：电极的电极反应为：4OH4OH-4e-4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2B.aB.a电极是负极电极是负极C.C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D.D.氢氧燃料电池是一种只能将氧化剂和燃料全部储藏在电氢氧燃料电池是一种只能将氧化剂和燃料全部储藏在电池内的发电装置池内的发电装置A A、D D 氢气入氢气入口口氧气入氧气入口口38克服畏惧、建立自信的方法，就是去做你害怕的事，直到你获得成功的经验。39