原电池的工作原理和化学电源.ppt

化学电源 的分类 一次电源：普通锌锰干电池、 碱性干电池、 银锌钮扣电池 二次电源：铅蓄电池、镍镉电池、 银锌电池、镍氢电池、 锂电池、锂离子电池 锂锂电电池 干电电池 叠层电层电 池 纽纽扣电电池 各类电池 （1）钮钮扣式银锌电银锌电 池 钮钮扣电电池 1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975- 1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为 美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。 （2）干电电池(普通锌锰电锌锰电 池） 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，在石 墨周围填充NH4Cl、ZnCl2 和淀粉作电解质溶液，还 填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极 化现象。电极总的反应式为： 4NH4Cl+2Zn +2MnO2 = Zn(NH3)4Cl2 +ZnCl2 +Mn2O3+H2O 碱性锌锰电锌锰电 池（书书P14） （3）氢氢氧燃料电电池 Pt电极 H2 O2 氢氢氧燃料电电池模拟拟 KOH 若将氢氢气换换成甲烷烷，写出各电电极的电电极反应应 （4）铅铅蓄电电池 正极材料上 涂有棕褐色 的PbO2，负负 极材料是海 绵绵状的金属 铅铅，两极浸 在H2SO4溶液 中。写出放 电时电电时电 极反 应应式。 （5）银锌电银锌电 池 正极壳填充Ag2O和石墨，负负极盖填充锌锌汞合 金，电电解质质溶液KOH。反应应式为为： 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 写出放电时电电时电 极反应应式。 充电电 放电电 （6）镉镍电镉镍电 池 NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 充电电 放电电 负负极材料：Cd ，正极材料：涂有NiO2 ，电电 解质质：KOH溶液。反应应式如下： 写出电电极反应应式。 电极方程式的书写 1、先根据电极材料、电解质溶液及反应现象，先确定正 负极，然后写电极反应式。在确保正负极转移电子数目 相同的前提下，将正负电极反应式相加既得总反应式。 2、根据氧化还原方程式找出发生氧化反应和还原反应的 物质，确定两极名称和反应物，利用电子守恒写出两极 反应式。 小结 【思考】 1、原电池是怎样一个装置 2、原电池的构成条件 3、原电池工作原理 酒精 稀H2SO4稀H2SO4 AB C D E CuSO4 电子电子: :负极负极 导线导线 正极正极 失电子 氧化反应 得电子 还原反应 原 电 池 工 作 原 理 示 意 图 实验实验1 1 的现象和结论的现象和结论 现象现象: : 锌粉溶解锌粉溶解, ,有红色物质析出有红色物质析出, ,温度计显示温度迅速上升温度计显示温度迅速上升. . 结论结论: : Zn+ Cu 2+ Zn2+ + Cu化学能化学能 热能热能 CuSO4 实验实验2 2 的现象和结论的现象和结论 现象现象: : 锌片变细锌片变细, ,铜上有红色物质析出铜上有红色物质析出, ,电流计指针发生偏转电流计指针发生偏转. . 结论结论: : 化学能化学能 电能电能 Zn-2eZn-2e - - =Zn=Zn2+ 2+ Zn+ Cu 2+ Zn2+ + Cu 2e2e - - CuCu2+ 2+2e +2e - - =Cu=Cu 取出盐桥：？电流中断 盐桥： 在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作 成的冻胶。 盐桥的作用： 使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动 ，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使 电子顺利地不断从Zn极流向Cu极。 原电池（含盐桥）： 1、两个半电池（一般为不同的两个电极和电解质溶液） 2、盐桥（通常为含有KCl饱和溶液的琼脂） 3、用导线相连组成闭合回路 原理： 电极反应和总反应： Zn-2eZn-2e - - =Zn=Zn2+ 2+CuCu2+ 2+2e +2e - - = Cu= Cu 负极：负极：Zn-2eZn-2e - - =Zn=Zn2+ 2+ 正极：正极：CuCu2+ 2+2e +2e - - =Cu=Cu 总反应： Zn+ Cu 2+ Zn2+ + Cu 构 成 ： 正负极的判断： 负极：失去电子（发生氧化反应，一般为 较活泼的金属电极） 正极：得到电子（发生还原反应一般为较不 活泼金属或非金属） （单位时间内负极失电子数与正极得电子数 相等） 电极方程式的书写 1、先根据电极材料、电解质溶液及反应现象， 再确定正负极，然后写电极反应式。在确保正 负极转移电子数目相同的前提下，将正负电极 反应式相加既得总反应式。 2、根据氧化还原方程式找出发生氧化反应和还 原反应的物质，确定两极名称和反应物，利用 电子守恒写出两极反应式。 练 习 1、判断下列哪些装置构成了原电池？ 若不是，请说明理由；若是，请指出正 负极名称，并写出电极反应式. 1 ( ) 2H+2e-H2 负极： 总反应 ： 正极： Zn2e-Zn2+ Zn+2H+Zn2+H2 ( ) 负极 ： 正极： 总反应： Zn2e- Zn2+ 2H+2e- H2 Zn+2H+Zn2+H2 ( ) 正极： 负极： 总反应： Fe2e - Fe2+ Cu2+2e- Cu Fe+Cu2+Fe2+Cu Fe+CuSO4Cu+FeSO4 2 3 5 4 () () 负极 ： 正极： 总反应： Zn2e-Zn2+ 2H+2e-H2 Zn+2H+H2+Cu 甲 2、把金属甲和乙分别插入稀硫酸中，观察到 金属甲表面有气泡产生，金属乙表面无气 泡产生，此实验说明甲的金属活动性比乙 的 ；若把这两种金属用导线连接后平 行插入稀硫酸中，则可观察到金属 的 表面有气泡产生，一段时间后金属 的 质量减少。 强 乙 迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入使 用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相 同的工作电压(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合金储氢 材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成为一种 绿色环保电池。 锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧 化物作 正极和有机电解质构成，其工作电压为36伏，因此一 个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱 锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起 来的，由于应用了 无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流放电 特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利用P N结的光电效应，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户需要 。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单可靠 、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地 域广泛采用。 绿色电池种种 3、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该反应的原电池的组成正确的是 A B C D 正极 Zn Ag Cu Cu 负极 Cu Cu Zn Zn 电解质 CuCl2 H2SO4 CuSO4 FeCl2 C 4、已知氧化还原反应 Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2， 利用这一反应设计一个原电池，画出示意图， 标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。 CuCl2FeCl3 A Cu C 正极： 负极： 总反应： Cu2e - Cu2+ 2Fe3+2e- 2Fe2+ 2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+ 设计 请用镁、铝作电极,设计一个原电池, 并写出电极反应方程式和总方程式。 现现有试剂试剂 ： H2SO4溶液、NaOH溶液、MgCl2溶液 MgSO4溶液 所用电解质溶液 _ 负极_ 负极反应_ 正极_ 正极反应_ 总反应 _ H2SO4