原电池的工作原理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 +
发展中的电源
3.燃料电池
氢氧燃料电池是 一种新型的化学电池， 其构造如图示：两个 电极均由多孔性碳制 成，通入的气体由孔 隙逸出，并在电极表 面放电。
思考：写出在KOH溶液中，氢氧 燃料电池的电极反应式。
负极
碱性 溶液 正极
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
装置3: 取一块锌片和一根碳棒，两者之间放一块海绵用橡皮筋固 定好，用导线把小灯泡和锌片、碳棒连接起来，插入放有适量稀 硫酸的容器中，加入0.5g重铬酸钾晶体，观察灯泡的情况。
实验结论：实验3中灯泡最亮，最持久。
请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe =
3+
Cu2+
+ 2Fe
2+
设计成原电池。 负极： Cu Cu – 2e- = Cu2+
①能量转换效率高，供能稳定可靠。 ②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。 ③易维护，可在各种环境下工作。
3)优点:
4)电池优劣的判断标准:
①比能量 ［符号(W· h/kg)，(W· h/L)］ 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 ②比功率 [符号是W/kg，W/L)] 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 ③电池的储存时间的长短
发生还原反应的极 ——正极 质量增加的电极 ——正极 ③根据电极增重还是减重 工作后 质量减少的电极 ——负极 ④根据电极有气泡冒出： 工作后，有气泡冒出的电极为正极
化学电池
1)概念:
将化学能变成电能的装置
①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 2)分类: ②二次电池又称充电电池——蓄电池 ③燃料电池
O2+4e-+2H2O=4OH-
用途广泛的电池
用于汽车的铅蓄电池
笔记本电脑专用电池 摄 像 机 专 用 电 池
手机专用电池 各 式 各 样 的 纽 扣 电 池
小结
应用于生活 原电池工作原理 创新与发明
(各种电池)
（1）科学探究必须建立在无数次的实验基础上。 （2）科学研究必须要敢于探索，勇于创新。 （3）科学创造必须服务于社会，造福于人类。
盐桥制法： 1)将热的琼胶溶液倒入U形管中， 将冷却后的U形管浸泡在KCl 饱和溶液中即可。 2)将KCl饱和溶液装入U形管， 用棉花堵住管口即可。
盐桥的作用
1）避免两溶液直接接触 2）连通原电池的内电路 3）平衡溶液中的离子电荷
盐桥的作用
盐桥的作用
1）避免两溶液直接接触 2）连通原电池的内电路 3）平衡溶液中离子电荷
实验探究二 对比1：在发生反应后的 Zn(NO3)2溶液中加入硝 酸银溶液，观察现象. 对比2：在发生反应后的 Cu (NO3)2溶液中加入硝 酸银溶液，观察现象.
Zn(NO3)2溶液
Cu(NO3)2溶液
优点：克服了锌极板有铜 析出的现象；盐桥能说明 内电路中离子的迁移 缺点：电流密度依然较小， 不足以使小灯泡发亮
燃 料 电 池
介质 酸性 中性 碱性 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 负极
2H2 - 4e- = 4H+
正极 负极
正极 负极 正极
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
镉镍电池
负极材料：Cd； 正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液。 反应式如下：
放电
NiO2+Cd+2H2O
充电
Ni(OH)2+ Cd(OH)2
写出电极反应式。
特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
镍—镉可充电电池可发生如下反应：
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
充电
放电
Cd+2NiO(OH)+2H2O
与原 电 池 相关的概念
电子流向：负极流向正极 外电路 电流方向：正极流向负极 1.电路： 内电路 阴离子流向负极 阳离子流向正极
e-
2.电极：
负极：电子流出极（活泼、氧化、溶解） 正极：电子流入极（不活泼、还原、气体或沉淀）
负极： Zn－2e-＝ Zn2+
3.电极反应式：
正极： 2H++ 2e-＝ H2↑
盐桥 X 电流计 Ag
请回答下列问题： 铜(或Cu) AgNO3溶液 (1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是_______； 正 (2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为
Ag＋＋e－ = Ag Cu－2e－ = Cu __________；X电极上发生的电极反应为________； 2＋ 正(Ag) 负(Cu) (3)外电路中的电子是从_______电极流向________电极。
第二单元 化学能与电能的转化 原电池的工作原理
复习回顾
将化学能转化为电能 1、原电池是______________________的装置。 原电池反应的本质是_______________反应。 自发的氧化还原 2、如右图所示，组成的原电池： （1）当电解质溶液为稀H2SO4时： 负 Zn电极是____（填“正”或“负”）极， 其电极反应为_______________，该反应 Zn －2e - = Zn 2+ 是______（填“氧化”或“还原”，下同）反 氧化 正 应； 还原 Cu电极是______极，其电极反应为 2H+ +2e- =H2↑ _______________,该反应是_________反应。 （2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极 负 Zn －2e - = Zn 2+ 是____极，其电极反应为_____________， 氧化 正 该反应是________反应；Cu电极是____极， 还原 Cu2+ + 2e - = Cu 其电极反应为_______________,该反应_________反应.
为“神七” 插上飞天翅 膀
太阳能 电池翼
演示实验：
装置1:取一块锌片和一块铜片，用导线把小灯泡（2.5V 0.3A）和 锌片、铜片连接起来，插入放有适量稀硫酸的容器中，观察灯泡 的情况。
装置2: 取一块锌片和一块铜片，两者之间放一块海绵，用橡皮筋 固定好，用导线把小灯泡和锌片、铜片连接起来，插入放有适量 稀硫酸的容器中，加入0.5g重铬酸钾晶体，观察灯泡的情况。
由此可知，该电池的负极材料是（ A ）
A. Cd B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2
电极反应：
负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2e-+2Hale Waihona Puke Baidu2O=2Ni(OH)2+2OH-
某新型二次锂离子电池结构如右图，电池内部是固 体电解质，充电、放电时允许Li＋在其间通过（图中 电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向）。充电、 放电时总反应可表示为： LiCoO2+6C Li1－xCoO2+LixC6 外电路 下列说法正确的是 AD A．外电路上的“→”， 电极 表示放电时的电子方向 (LiCoO ) B．充电时阴极电极反应： ↓ 固体电解质 ↓ ↓ LixC6－xe-＝6C＋xLi+ 电极(C) C．放电时正极电极反应： LiCoO2＝Li1－xCoO2＋xLi+＋xe- －Li D．外电路有0.1mole－通过， 发生迁移的Li+的质量为0.7g
练 一 练
正极： 比Cu不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
电解质溶液： Fe2(SO4 )3、FeCl3等
若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是 什么？试画出原电池的装置简图。
依据氧化还原反应： 2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图 所示。 A
电池反应： 2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
生活中常见电池
2. 铅蓄电池
已知：锌银纽扣电池（碱性）的总反应：
Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
写出它的正极和负极电极反应式。 负极：Zn +2OH－ —2e- =ZnO+H2O 正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH－
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
负 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O 极 正 O2 + 4e-= 2O2－ 极
负 2H2 - 4e- = 4H+ 极 正 O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 极
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应 将铂丝插入KOH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燃烧，所以称 作燃料电池，根据两极上反应的实质判断， 负极 通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 为___________________；通入氧气的一极 正极 为_______，电极反应为 __________________________________，总 CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 反应为__________________________。
CuSO4溶液
Y
原电池的正负极的判断方法
微观判断 ——负极 电子流出的极(化合价升高，失电子的极）
（根据电子流动 ——正极 电子流入的极(化合价降低，得电子的极） 方向）
宏观判断： ①根据电极材料 较活泼的电极材料 ——负极
②根据原电池电极 发生的反应
较不活泼的电极材料——正极 发生氧化反应的极 ——负极
生活中常见电池
1. 普通锌锰干电池
电池反应： Zn + 2MnO2 + 2NH4+ = Mn2O3 + 2NH3 + Zn2+ + H2O
负极：Zn-2e-=Zn2+ Zn2+ +4NH3=Zn(NH3)42+
正极：2NH4++2e-=2NH3+H2 H2+2MnO2=Mn2O3+H2O
碱性锌锰电池
4.总反应式：Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
“单液”电池的缺陷
CuSO4 溶液
电池两个电极上 都有气泡生成 电池两个电极上 都有红色物质生成
用做电源，效率低，时间稍长电 极化现象 流就很快减弱，不适合实际应用。
实验探究一
在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产
CuSO4 溶液
生持续稳定电流的原电池，并用实验验证。
因此原电池装置设计还需关注：
提高电池的放电效率；
增大电池的电流密度;
延长电池的工作时间; 。。。。。。。
资料卡
1. 影响电池的电流密度的大小的因素： 电极的表面积、极间距、介质等。 2. 影响电池放电效率、放电时间的因素： 电极材料与电解质发生的直接化学反应与 原电池的电极放电反应形成的“竞争”。
发展中的电源
3.燃料电池
氢氧燃料电池是 一种新型的化学电池， 其构造如图示：两个 电极均由多孔性碳制 成，通入的气体由孔 隙逸出，并在电极表 面放电。
思考：写出在KOH溶液中，氢氧 燃料电池的电极反应式。
负极
碱性 溶液 正极
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
装置3: 取一块锌片和一根碳棒，两者之间放一块海绵用橡皮筋固 定好，用导线把小灯泡和锌片、碳棒连接起来，插入放有适量稀 硫酸的容器中，加入0.5g重铬酸钾晶体，观察灯泡的情况。
实验结论：实验3中灯泡最亮，最持久。
请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe =
3+
Cu2+
+ 2Fe
2+
设计成原电池。 负极： Cu Cu – 2e- = Cu2+
①能量转换效率高，供能稳定可靠。 ②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。 ③易维护，可在各种环境下工作。
3)优点:
4)电池优劣的判断标准:
①比能量 ［符号(W· h/kg)，(W· h/L)］ 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 ②比功率 [符号是W/kg，W/L)] 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 ③电池的储存时间的长短
发生还原反应的极 ——正极 质量增加的电极 ——正极 ③根据电极增重还是减重 工作后 质量减少的电极 ——负极 ④根据电极有气泡冒出： 工作后，有气泡冒出的电极为正极
化学电池
1)概念:
将化学能变成电能的装置
①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 2)分类: ②二次电池又称充电电池——蓄电池 ③燃料电池
O2+4e-+2H2O=4OH-
用途广泛的电池
用于汽车的铅蓄电池
笔记本电脑专用电池 摄 像 机 专 用 电 池
手机专用电池 各 式 各 样 的 纽 扣 电 池
小结
应用于生活 原电池工作原理 创新与发明
(各种电池)
（1）科学探究必须建立在无数次的实验基础上。 （2）科学研究必须要敢于探索，勇于创新。 （3）科学创造必须服务于社会，造福于人类。
盐桥制法： 1)将热的琼胶溶液倒入U形管中， 将冷却后的U形管浸泡在KCl 饱和溶液中即可。 2)将KCl饱和溶液装入U形管， 用棉花堵住管口即可。
盐桥的作用
1）避免两溶液直接接触 2）连通原电池的内电路 3）平衡溶液中的离子电荷
盐桥的作用
盐桥的作用
1）避免两溶液直接接触 2）连通原电池的内电路 3）平衡溶液中离子电荷
实验探究二 对比1：在发生反应后的 Zn(NO3)2溶液中加入硝 酸银溶液，观察现象. 对比2：在发生反应后的 Cu (NO3)2溶液中加入硝 酸银溶液，观察现象.
Zn(NO3)2溶液
Cu(NO3)2溶液
优点：克服了锌极板有铜 析出的现象；盐桥能说明 内电路中离子的迁移 缺点：电流密度依然较小， 不足以使小灯泡发亮
燃 料 电 池
介质 酸性 中性 碱性 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 负极
2H2 - 4e- = 4H+
正极 负极
正极 负极 正极
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
镉镍电池
负极材料：Cd； 正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液。 反应式如下：
放电
NiO2+Cd+2H2O
充电
Ni(OH)2+ Cd(OH)2
写出电极反应式。
特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
镍—镉可充电电池可发生如下反应：
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
充电
放电
Cd+2NiO(OH)+2H2O
与原 电 池 相关的概念
电子流向：负极流向正极 外电路 电流方向：正极流向负极 1.电路： 内电路 阴离子流向负极 阳离子流向正极
e-
2.电极：
负极：电子流出极（活泼、氧化、溶解） 正极：电子流入极（不活泼、还原、气体或沉淀）
负极： Zn－2e-＝ Zn2+
3.电极反应式：
正极： 2H++ 2e-＝ H2↑
盐桥 X 电流计 Ag
请回答下列问题： 铜(或Cu) AgNO3溶液 (1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是_______； 正 (2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为
Ag＋＋e－ = Ag Cu－2e－ = Cu __________；X电极上发生的电极反应为________； 2＋ 正(Ag) 负(Cu) (3)外电路中的电子是从_______电极流向________电极。
第二单元 化学能与电能的转化 原电池的工作原理
复习回顾
将化学能转化为电能 1、原电池是______________________的装置。 原电池反应的本质是_______________反应。 自发的氧化还原 2、如右图所示，组成的原电池： （1）当电解质溶液为稀H2SO4时： 负 Zn电极是____（填“正”或“负”）极， 其电极反应为_______________，该反应 Zn －2e - = Zn 2+ 是______（填“氧化”或“还原”，下同）反 氧化 正 应； 还原 Cu电极是______极，其电极反应为 2H+ +2e- =H2↑ _______________,该反应是_________反应。 （2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极 负 Zn －2e - = Zn 2+ 是____极，其电极反应为_____________， 氧化 正 该反应是________反应；Cu电极是____极， 还原 Cu2+ + 2e - = Cu 其电极反应为_______________,该反应_________反应.
为“神七” 插上飞天翅 膀
太阳能 电池翼
演示实验：
装置1:取一块锌片和一块铜片，用导线把小灯泡（2.5V 0.3A）和 锌片、铜片连接起来，插入放有适量稀硫酸的容器中，观察灯泡 的情况。
装置2: 取一块锌片和一块铜片，两者之间放一块海绵，用橡皮筋 固定好，用导线把小灯泡和锌片、铜片连接起来，插入放有适量 稀硫酸的容器中，加入0.5g重铬酸钾晶体，观察灯泡的情况。
由此可知，该电池的负极材料是（ A ）
A. Cd B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2
电极反应：
负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2e-+2Hale Waihona Puke Baidu2O=2Ni(OH)2+2OH-
某新型二次锂离子电池结构如右图，电池内部是固 体电解质，充电、放电时允许Li＋在其间通过（图中 电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向）。充电、 放电时总反应可表示为： LiCoO2+6C Li1－xCoO2+LixC6 外电路 下列说法正确的是 AD A．外电路上的“→”， 电极 表示放电时的电子方向 (LiCoO ) B．充电时阴极电极反应： ↓ 固体电解质 ↓ ↓ LixC6－xe-＝6C＋xLi+ 电极(C) C．放电时正极电极反应： LiCoO2＝Li1－xCoO2＋xLi+＋xe- －Li D．外电路有0.1mole－通过， 发生迁移的Li+的质量为0.7g
练 一 练
正极： 比Cu不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
电解质溶液： Fe2(SO4 )3、FeCl3等
若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是 什么？试画出原电池的装置简图。
依据氧化还原反应： 2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图 所示。 A
电池反应： 2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
生活中常见电池
2. 铅蓄电池
已知：锌银纽扣电池（碱性）的总反应：
Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
写出它的正极和负极电极反应式。 负极：Zn +2OH－ —2e- =ZnO+H2O 正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH－
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
负 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O 极 正 O2 + 4e-= 2O2－ 极
负 2H2 - 4e- = 4H+ 极 正 O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 极
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应 将铂丝插入KOH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燃烧，所以称 作燃料电池，根据两极上反应的实质判断， 负极 通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 为___________________；通入氧气的一极 正极 为_______，电极反应为 __________________________________，总 CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 反应为__________________________。
CuSO4溶液
Y
原电池的正负极的判断方法
微观判断 ——负极 电子流出的极(化合价升高，失电子的极）
（根据电子流动 ——正极 电子流入的极(化合价降低，得电子的极） 方向）
宏观判断： ①根据电极材料 较活泼的电极材料 ——负极
②根据原电池电极 发生的反应
较不活泼的电极材料——正极 发生氧化反应的极 ——负极
生活中常见电池
1. 普通锌锰干电池
电池反应： Zn + 2MnO2 + 2NH4+ = Mn2O3 + 2NH3 + Zn2+ + H2O
负极：Zn-2e-=Zn2+ Zn2+ +4NH3=Zn(NH3)42+
正极：2NH4++2e-=2NH3+H2 H2+2MnO2=Mn2O3+H2O
碱性锌锰电池
4.总反应式：Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
“单液”电池的缺陷
CuSO4 溶液
电池两个电极上 都有气泡生成 电池两个电极上 都有红色物质生成
用做电源，效率低，时间稍长电 极化现象 流就很快减弱，不适合实际应用。
实验探究一
在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产
CuSO4 溶液
生持续稳定电流的原电池，并用实验验证。
因此原电池装置设计还需关注：
提高电池的放电效率；
增大电池的电流密度;
延长电池的工作时间; 。。。。。。。
资料卡
1. 影响电池的电流密度的大小的因素： 电极的表面积、极间距、介质等。 2. 影响电池放电效率、放电时间的因素： 电极材料与电解质发生的直接化学反应与 原电池的电极放电反应形成的“竞争”。