【化学】原电池（教学课件） 高二化学同步备课系列（人教版2019选择性必修1）.pptx

第1讲 原电池新人教版 化学 选择性必修一第四章 化学反应与电能第一节 原电池复习导入1.定义定义把把化学能化学能转化成转化成电能电能的装置，称为原电池的装置，称为原电池2.构成条件构成条件具有具有两两个能个能导电的的电极极具有具有电解解质溶液或熔融溶液或熔融电解解质能能自自发进行氧化行氧化还原原反反应一般一般为两种活两种活动性不同的金属性不同的金属或金属与能导电的非金属（石墨等）或金属与能导电的非金属（石墨等）电极极间形成形成闭合回路合回路用用导线连接两极与接两极与电解解质溶液共同形成溶液共同形成闭合回路，合回路，也可以也可以让两个两个电极直接接触极直接接触一般一般负极与极与电解解质溶液溶液发生氧化生氧化还原反原反应原电池原电池即原即原电池的池的总反反应复习导入3.粒子移动方向粒子移动方向外电路：外电路：内电路：内电路：阳离子阳离子 正极正极阴离子阴离子 负极负极 负极负极 正极正极正极正极 负极负极电子电子e-：电流电流I：负极负极正极正极“电子不下水，离子不上岸电子不下水，离子不上岸”模块一 原电池的原理实验4-1实验4-1双液-盐桥原电池的优点 使原电池中的氧化反应和还原反应近乎完全隔离使原电池中的氧化反应和还原反应近乎完全隔离,在不同区域之在不同区域之间实现了电子的定向移动间实现了电子的定向移动,使原电池能持续、稳定地产生电流并有利使原电池能持续、稳定地产生电流并有利于最大限度地将化学能转化为电能。于最大限度地将化学能转化为电能。一、原电池的原理一、原电池的原理1.双液双液-盐桥原电池盐桥原电池 盐桥盐桥装有装有饱和的饱和的KCl等溶液和琼脂制成的琼胶等溶液和琼脂制成的琼胶琼胶的作用是防止管中溶液流出琼胶的作用是防止管中溶液流出K+和和Cl-能在琼胶内自由移动能在琼胶内自由移动离子离子只出不进只出不进一、原电池的原理一、原电池的原理1.双液双液-盐桥原电池盐桥原电池 盐桥的作用盐桥的作用沟通内电路，形成闭合回路沟通内电路，形成闭合回路平衡电荷，使溶液保持电中性平衡电荷，使溶液保持电中性避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久。避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久。Zn CuZnSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液AZn2+e-e-Cu2+Cl-K+盐桥盐桥一个原电池由一个原电池由两个半电池两个半电池组成，一个发生氧化反应，一个发生组成，一个发生氧化反应，一个发生还原反应，两个半电池用还原反应，两个半电池用盐桥盐桥连接。连接。半电池又叫电极半电池又叫电极锌半电池锌半电池铜半电池铜半电池一、原电池的原理一、原电池的原理2.原电池原理的应用原电池原理的应用 根据构成原电池的条件来设计原电池，先由电池反应写出电极反应根据原电池原理设计原电池根据原电池原理设计原电池还原剂氧化剂还原剂氧化剂=氧化产物还原产物氧化产物还原产物还原剂ne=氧化产物 氧化剂ne=还原产物确定电极材料，再确定电解质溶液，最后形成闭合回路，构成原电池。一、原电池的原理一、原电池的原理2.原电池原理的应用原电池原理的应用 根据原电池原理设计原电池根据原电池原理设计原电池(4)画出原电池装置图。画原电池装置图时注意电极材料和导线的粗细差异，电解质溶液也要画出，并进行相应标注。(1)根据总反应分析化合价变化，找出氧化反应和还原反应。(2)根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应确定原电池的正、负极。(3)结合正、负极和电极反应确定电极材料和电解质溶液等，完成原电池装置的设计。一、原电池的原理一、原电池的原理2.原电池原理的应用原电池原理的应用 如在Zn与稀硫酸的反应体系中加入少量CuSO4溶液，Zn能置换出少量Cu，在溶液中Zn、Cu、稀硫酸构成原电池，可以加快产生H2的速率。加快氧化还原反应速率加快氧化还原反应速率一、原电池的原理一、原电池的原理2.原电池原理的应用原电池原理的应用 如金属a、b用导线连接后插入稀硫酸中，若金属b上有气泡产生，根据原电池原理可判断b为正极，金属活动性ab。比较金属活动性的强弱比较金属活动性的强弱特例：Mg/Al/NaOH溶液形成的原电池中 Al作负极，Mg作正极，但金属活动性：MgAl。特例：Cu/Fe/浓硝酸形成的原电池中 Cu作负极，Fe作正极，但金属活动性：Fe Cu。一、原电池的原理一、原电池的原理2.原电池原理的应用原电池原理的应用 如要保护一个铁闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌块作原电池的负极，铁闸门作正极。用于金属的防护模块二 化学电源化学电源二、化学电源二、化学电源1.化学电源化学电源 将将化学能化学能变成变成电能电能的装置的装置广泛应用于移动电话、照相机、计算器、遥控器、汽车、卫星等。优点优点能量转换效率高，供能稳定可靠能量转换效率高，供能稳定可靠可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。二、化学电源二、化学电源2.电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准 比能量比能量比功率比功率电池的可储存时间的长短电池的可储存时间的长短单位：单位：(wh/kg)，(wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出指电池单位质量或单位体积所能输出电能电能的多少的多少单位：（单位：（W/kg，W/L)指电池单位质量或单位体积所能输出指电池单位质量或单位体积所能输出功率功率的大小的大小.除特殊情况外，质量除特殊情况外，质量轻轻、体积、体积小小而输而输出电能出电能多多、功率、功率大大、储存时间、储存时间长长的电的电池，更易满足使用者需求。池，更易满足使用者需求。二、化学电源二、化学电源3.化学电源的分类化学电源的分类 放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行）放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行）一次电池一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池干电池。常见一次电池有常见一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池等。等。二、化学电源二、化学电源3.化学电源的分类化学电源的分类 一次电池一次电池正极正极负极极电解解质溶液溶液e-+-逐渐消耗不断被还原电池电压逐渐降低，最后失效锌锰干电池构造原理锌锰干电池锌锰干电池二、化学电源二、化学电源3.化学电源的分类化学电源的分类 一次电池一次电池锌锰干电池锌锰干电池负极：负极：Zn2e=Zn2+正极：正极：2MnO2+2NH4+2e=2 MnOOH+2NH3 总反应：总反应：Zn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+2 MnOOH容易漏液（锌外壳变薄；容易漏液（锌外壳变薄；糊状糊状NH4Cl显显酸性酸性）锌锰干电池的锌锰干电池的缺点缺点:二、化学电源二、化学电源3.化学电源的分类化学电源的分类 一次电池一次电池碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池湿的氢氧化钾NH4Cl糊状电解液负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-总反应：总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)二、化学电源二、化学电源3.化学电源的分类化学电源的分类 一次电池一次电池银锌电池银锌电池正极正极:Ag2O;负极：负极：Zn;电解质电解质:KOH溶液溶液Zn2e-2OHZn(OH)2Ag2OH2O2e-2Ag2OHZnAg2OH2O2AgZn(OH)2负极负极:正极正极:总反应式总反应式:二、化学电源二、化学电源 充充电电电电池池又又称称二二次次电电池池，放放电电时时所所进进行行的的氧氧化化还还原原反反应应，在在充充电电时又时又逆向逆向进行，使进行，使电池恢复到放电前的状态。电池恢复到放电前的状态。汽车用铅酸蓄电池汽车用铅酸蓄电池镍氢电池镍氢电池3.化学电源的分类化学电源的分类 二次电池二次电池二、化学电源二、化学电源正极：正极：PbO2 负极：负极：Pb 电解质溶液：电解质溶液：稀硫酸稀硫酸总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电放电充电充电负极：负极：Pb+SO42-2e-=PbSO4正极：正极：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O3.化学电源的分类化学电源的分类 二次电池二次电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池二、化学电源二、化学电源3.化学电源的分类化学电源的分类 二次电池二次电池锂电池锂电池总反应：总反应：正极：正极：负极：负极：LixCy+Li1-xCoO2 LiCoO2Cy放电放电充电充电负极材料：嵌锂层状石墨负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6)正极材料：钴酸锂正极材料：钴酸锂(Li1-xCoO2)电解液：锂导电有机电解液电解液：锂导电有机电解液LixCyxe xLi+CyLi1-xCoO2+xLi+xe-LiCoO2二、化学电源二、化学电源3.化学电源的分类化学电源的分类 燃料电池燃料电池 将将燃料燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂氧化剂(如氧气）的如氧气）的化学能直接化学能直接转化为电能转化为电能的电化学反应装置，的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到燃料电池的能量转化率可以达到80%以上以上。反应物反应物不不储存在电池内部，由外设设备提供储存在电池内部，由外设设备提供燃料燃料和和氧化剂氧化剂。二、化学电源二、化学电源3.化学电源的分类化学电源的分类 燃料电池燃料电池氢氢氧氧燃料电池燃料电池酸性酸性电解质电解质碱性碱性电解质电解质负极负极反应反应2H24e 4H+2H24OH4e 4H2O正极正极反应反应O2 4H+4e 2H2OO22H2O4e 4OH总反应总反应2H2+O2 2H2O二、化学电源二、化学电源正极正极：2O28H+8e4H2O总反应：总反应：CH4 2O2 CO22H2OO2CH4负极正极 酸性电解质下反应式：负极负极：CH42H2O8eCO28H+3.化学电源的分类化学电源的分类 燃料电池燃料电池甲烷甲烷燃料电池燃料电池二、化学电源二、化学电源O2CH4负极正极3.化学电源的分类化学电源的分类 燃料电池燃料电池甲烷甲烷燃料电池燃料电池正极正极：2O24H2O8e8OH总反应：总反应：CH4 2O2 2OHCO32-3H2O 碱性电解质下反应式：负极负极：CH410 OH8eCO32-7H2O二、化学电源二、化学电源微提醒微提醒燃料电池书写步骤燃料电池书写步骤析价态，定正负析价态，定正负 列物质列物质 标得失标得失 看环境，配守恒看环境，配守恒补项原则：酸性介质（缺补项原则：酸性介质（缺H补补H+，缺，缺O补补H2O）；）；碱性介质（缺碱性介质（缺H补补H2O，缺，缺O补补OH-）；）；熔融氧化物使用熔融氧化物使用O2-；熔融碳酸盐使用熔融碳酸盐使用CO32-。二、化学电源二、化学电源1.燃料电池不燃烧，燃料电池不燃烧，不写不写“点燃点燃”条件。条件。2.电极不参与反应，一般电极不参与反应，一般 正负电极正负电极 都为都为 Pt。3.输入输入燃料燃料的一极为的一极为负极负极，输入，输入O2的一极为的一极为正极正极。4.电解质酸碱性不同，电极反应不同。电解质酸碱性不同，电极反应不同。微提醒微提醒答案答案D1.控制合适的条件，将反应控制合适的条件，将反应2Fe32I=2Fe2I2设计成如图所示的设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是原电池。下列判断不正确的是()A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原被还原C电流计读数为零时，反应达到平衡状态电流计读数为零时，反应达到平衡状态D电流计电流计读数为零后，在甲中溶入读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，则乙中的石固体，则乙中的石墨电极为负极墨电极为负极2.把把a、b、c、d四种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池，四种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池，若若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大量气泡；极上产生大量气泡；b、d相连时，相连时，b极上产生大量气泡，则四种金属的极上产生大量气泡，则四种金属的活动性顺序为活动性顺序为()AabcdBacdbCcabd Dbdca答案答案B3.某原电池装置如图所示。下列有关叙述中，正确的是某原电池装置如图所示。下列有关叙述中，正确的是()A电池工作时，盐桥中的电池工作时，盐桥中的Cl向负极移动向负极移动B负极反应式：负极反应式：2H2e=H2C工作一段时间后，两烧杯中溶液工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变均不变DFe作正极，发生氧化反应作正极，发生氧化反应答案答案A谢谢欣赏