化学与新能源
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7
伏打电池的组成
按银→布→锌→银→ 布→锌．．．的次序， 积成圆柱，便形成所 谓的「伏打堆」
五个伏打电池组成的伏打电堆
正极
一个伏打电池 一个伏打电池 一个伏打电池 一个伏打电池 一个伏打电池
负极
8
9
伏打电池的原理
伏打电池：由不同金属片插入电解质溶液 而成的电池。 活性大的金属： 易失去电子 ⇨ 为电池负极 活性小的金属： 易得到电子 ⇨ 为电池正极 对氧活性大小：
12
mA
硝酸钾溶液
负 极
锌
2e-
铜
正 极
硫酸锌 溶液
硫酸铜 溶液
负极反应： 锌片放出电子而解离出锌离子(Zn2+)
Zn→Zn2++ 2e-
正极反应：
硫酸铜溶液中的Cu2+移向
Cu2++ 2e-→Cu 铜片得到电子而析出铜。 负
极
mA
盐桥：硝酸钾溶液 硝酸钾溶液
锌
2e2+
铜
SO422+
正 极
总反应： Zn Cu 2+ 负极： Zn →Zn +2e 硫酸锌溶液 硫酸铜溶液 硫酸锌溶液 正极：Cu2++ 2e-→Cu ---------------------------------- 硫酸锌溶液颜色不变 锌板质量将减少
◆1800伏特电池可以说是今日电池的起源 ◆其后的一个重要发展则是丹尼尔(1776-1827)以锌浸于稀 酸电解质与铜浸于硫酸铜溶液所形成的丹尼尔电池，改 善了原本电池电流递减的缺点，增进连续放电时的性能。 ◆1864勒克朗舍提出了勒克朗舍电池，并几经改良，成了 现今一般干电池工业的主轴与一次电池工业的基础。 ◆1859二次电池--普朗特所发明的铅酸蓄电池， 因技术的开发与改进，又陆陆续续有镍镉、镍氢、锂离子 电池等的出现。今日，电池的改进与新式电池的发明仍然 持续进行中，像是锂离子电池、高分子锂电池、燃料电池、 太阳能电池等，随时因应不同时代人们的需求。
电位=2.37 – (-0.8) = 3.17
Zn(s)＋Cu2+(aq)→ Zn2+(aq)＋ Cu(s)
0.76 Zn
★1839 William R. Grove（1811－1896）发明燃料电池(当时称作气体电
池)
4
电池的发现史
1780年时 意大利 Luigi Galvani(1737-1798 )
发现以不同金属触及死去的青蛙时，青蛙 会抖动。他认为发现了新的电源—动物电。
5
伏打与伏打电池
意大利人 伏打 (Alessandro Volta 1745~1827)
锌
2eZn2+
2NO3-
2K+
铜
SO42Cu2+
⇨ 使溶液保持电中性。
13
硫酸锌溶液 硫酸锌溶液
硫酸铜溶液
14
【电池的电动势】
电池产生电力的大小，通常我们是以电压(V) 来衡量，单位定为伏特(V)。 电池的电压与电动势(△E ) (electromotive force，简称 emf )常被视为同义字。
15
半电池电位(标准还原电位)
构成电池的二个半电池分别具有各电极固有的电位，其电位差之 绝对值就是该电池的电压。而电极的固有电位，称为半电池电位
下表是解离不同金属的氧化电位（于25℃时）。 正负号标示相对于 氢的电位。
锂
3.05
钾
2.92
钠
2.71
镁
2.37
铝
1.66
锌
0.76
铁
0.44
锡
0.14
则认为 电的来源不是青蛙，是不同的 金属接触所造成，青蛙只是让我们知 道电流通过的『电流计』而已。
6
伏打电池的组成
银板 盐水布 锌板 正极 银板 盐水布 锌板 负极
公元1800年伏打以含食盐水 的湿抹布夹在银和锌的圆形 板中间形成伏打电池。
一个伏打电池的组成
伏打的研究证实，将两种不同的金属以导线连接 ，中间隔有可导电的物质，就会产生电流。
×
×
Zn + Cu2+→ Zn2++ Cu
12
硫酸铜溶液颜色变淡 铜板质量将增加
wk.baidu.com
13
盐桥：以U形管内的盐类水溶液（KNO3）把两种
隔离的水溶液联系起来以沟通电路。
mA
盐桥的功用：
▪沟通电路：
盐桥可以把两种隔离的溶液联 系起来，可以避免两溶液混合 ，并做电流的桥梁。
硝酸钾溶液
▪维持电中性：
盐桥中， K+ 向正极移动， NO3-向负极移动，
铅
0.13
铜
- 0.34
汞
- 0.78
银
- 0.80
铂
- 1.20
金
- 1.42
氧化反应 还原反应
16
Zn → Zn2++ 2eZn2++ 2e-→ Zn
17
氧化电位=0.76V 还原电位=-0.76V
氧化电位
Mg(s)＋Ag+(aq)→ Mg2+(aq)＋ Ag(s)
2.37 Mg
Mg2+ Zn2+
钾＞钠＞钙＞镁＞铝＞碳＞锌＞铬＞铁＞锡＞铅＞铜＞汞＞银＞铂＞金
9
mA
锌铜电池 -构造
硝酸钾 溶液
锌
mA
铜
2e-
硫酸锌溶液
10
硫酸铜溶液
11
锌铜电池－原理
锌铜电池： 利用锌和铜两种【活性大小】不同的 金属及中间可导电的物质--【盐桥】 ，制成的化学电池。 ∵锌 的活性＞铜 的活性 ∴锌较铜易失去电子 锌： 失去电子⇨ 负极 铜： 得到电子 正极 ⇨ 负锌 正铜 (复兴 正统) 11
一、目前的能源结构与现状
中国
40%
世界 煤 石油
其他 其
75%
17%
石 油
天然气 其他 煤 其
24%
天然气
2% 6%
10%
26%
CxHy + O2
H2O + CO2 + SO2 + NOx
世界能源主要依赖不可再生的化石资源； 我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力；
1
当前的能源问题： (1)石油价格飙涨；化石燃料逐渐枯竭 (2)全球暖化，空气污染及温室气体浓度增
加
2
化学能转换为电能的原理的发现和各式各样电 池装置的发明，是贮能和供能技术的巨大进步， 是化学对人类的一项重大贡献，极大地推进了 现代化的进程，改变了人们的生活方式，提高 了人们的生活质量
化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变 成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学 物质，输出电能。
3
电池的演进
14
以锌铜电池为例子：
锌铜电池的阳极(anode)与阴极 (cathode)分别是以锌、铜所制 成，其中铜极浸置于硫酸铜溶液 中，而锌极则浸置于硫酸锌溶液 中。电池结构虽然简单，却可产 生约1.1 V的电压值。实验显示： 当锌－铜电池以导线接通时，锌 极会自发性地发生氧化反应 Zn(s)→ Zn2+(aq)+ 2 e-，而产生 电子。产生的电子会从电位较高 的锌极流向电位较低的铜极
伏打电池的组成
按银→布→锌→银→ 布→锌．．．的次序， 积成圆柱，便形成所 谓的「伏打堆」
五个伏打电池组成的伏打电堆
正极
一个伏打电池 一个伏打电池 一个伏打电池 一个伏打电池 一个伏打电池
负极
8
9
伏打电池的原理
伏打电池：由不同金属片插入电解质溶液 而成的电池。 活性大的金属： 易失去电子 ⇨ 为电池负极 活性小的金属： 易得到电子 ⇨ 为电池正极 对氧活性大小：
12
mA
硝酸钾溶液
负 极
锌
2e-
铜
正 极
硫酸锌 溶液
硫酸铜 溶液
负极反应： 锌片放出电子而解离出锌离子(Zn2+)
Zn→Zn2++ 2e-
正极反应：
硫酸铜溶液中的Cu2+移向
Cu2++ 2e-→Cu 铜片得到电子而析出铜。 负
极
mA
盐桥：硝酸钾溶液 硝酸钾溶液
锌
2e2+
铜
SO422+
正 极
总反应： Zn Cu 2+ 负极： Zn →Zn +2e 硫酸锌溶液 硫酸铜溶液 硫酸锌溶液 正极：Cu2++ 2e-→Cu ---------------------------------- 硫酸锌溶液颜色不变 锌板质量将减少
◆1800伏特电池可以说是今日电池的起源 ◆其后的一个重要发展则是丹尼尔(1776-1827)以锌浸于稀 酸电解质与铜浸于硫酸铜溶液所形成的丹尼尔电池，改 善了原本电池电流递减的缺点，增进连续放电时的性能。 ◆1864勒克朗舍提出了勒克朗舍电池，并几经改良，成了 现今一般干电池工业的主轴与一次电池工业的基础。 ◆1859二次电池--普朗特所发明的铅酸蓄电池， 因技术的开发与改进，又陆陆续续有镍镉、镍氢、锂离子 电池等的出现。今日，电池的改进与新式电池的发明仍然 持续进行中，像是锂离子电池、高分子锂电池、燃料电池、 太阳能电池等，随时因应不同时代人们的需求。
电位=2.37 – (-0.8) = 3.17
Zn(s)＋Cu2+(aq)→ Zn2+(aq)＋ Cu(s)
0.76 Zn
★1839 William R. Grove（1811－1896）发明燃料电池(当时称作气体电
池)
4
电池的发现史
1780年时 意大利 Luigi Galvani(1737-1798 )
发现以不同金属触及死去的青蛙时，青蛙 会抖动。他认为发现了新的电源—动物电。
5
伏打与伏打电池
意大利人 伏打 (Alessandro Volta 1745~1827)
锌
2eZn2+
2NO3-
2K+
铜
SO42Cu2+
⇨ 使溶液保持电中性。
13
硫酸锌溶液 硫酸锌溶液
硫酸铜溶液
14
【电池的电动势】
电池产生电力的大小，通常我们是以电压(V) 来衡量，单位定为伏特(V)。 电池的电压与电动势(△E ) (electromotive force，简称 emf )常被视为同义字。
15
半电池电位(标准还原电位)
构成电池的二个半电池分别具有各电极固有的电位，其电位差之 绝对值就是该电池的电压。而电极的固有电位，称为半电池电位
下表是解离不同金属的氧化电位（于25℃时）。 正负号标示相对于 氢的电位。
锂
3.05
钾
2.92
钠
2.71
镁
2.37
铝
1.66
锌
0.76
铁
0.44
锡
0.14
则认为 电的来源不是青蛙，是不同的 金属接触所造成，青蛙只是让我们知 道电流通过的『电流计』而已。
6
伏打电池的组成
银板 盐水布 锌板 正极 银板 盐水布 锌板 负极
公元1800年伏打以含食盐水 的湿抹布夹在银和锌的圆形 板中间形成伏打电池。
一个伏打电池的组成
伏打的研究证实，将两种不同的金属以导线连接 ，中间隔有可导电的物质，就会产生电流。
×
×
Zn + Cu2+→ Zn2++ Cu
12
硫酸铜溶液颜色变淡 铜板质量将增加
wk.baidu.com
13
盐桥：以U形管内的盐类水溶液（KNO3）把两种
隔离的水溶液联系起来以沟通电路。
mA
盐桥的功用：
▪沟通电路：
盐桥可以把两种隔离的溶液联 系起来，可以避免两溶液混合 ，并做电流的桥梁。
硝酸钾溶液
▪维持电中性：
盐桥中， K+ 向正极移动， NO3-向负极移动，
铅
0.13
铜
- 0.34
汞
- 0.78
银
- 0.80
铂
- 1.20
金
- 1.42
氧化反应 还原反应
16
Zn → Zn2++ 2eZn2++ 2e-→ Zn
17
氧化电位=0.76V 还原电位=-0.76V
氧化电位
Mg(s)＋Ag+(aq)→ Mg2+(aq)＋ Ag(s)
2.37 Mg
Mg2+ Zn2+
钾＞钠＞钙＞镁＞铝＞碳＞锌＞铬＞铁＞锡＞铅＞铜＞汞＞银＞铂＞金
9
mA
锌铜电池 -构造
硝酸钾 溶液
锌
mA
铜
2e-
硫酸锌溶液
10
硫酸铜溶液
11
锌铜电池－原理
锌铜电池： 利用锌和铜两种【活性大小】不同的 金属及中间可导电的物质--【盐桥】 ，制成的化学电池。 ∵锌 的活性＞铜 的活性 ∴锌较铜易失去电子 锌： 失去电子⇨ 负极 铜： 得到电子 正极 ⇨ 负锌 正铜 (复兴 正统) 11
一、目前的能源结构与现状
中国
40%
世界 煤 石油
其他 其
75%
17%
石 油
天然气 其他 煤 其
24%
天然气
2% 6%
10%
26%
CxHy + O2
H2O + CO2 + SO2 + NOx
世界能源主要依赖不可再生的化石资源； 我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力；
1
当前的能源问题： (1)石油价格飙涨；化石燃料逐渐枯竭 (2)全球暖化，空气污染及温室气体浓度增
加
2
化学能转换为电能的原理的发现和各式各样电 池装置的发明，是贮能和供能技术的巨大进步， 是化学对人类的一项重大贡献，极大地推进了 现代化的进程，改变了人们的生活方式，提高 了人们的生活质量
化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变 成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学 物质，输出电能。
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电池的演进
14
以锌铜电池为例子：
锌铜电池的阳极(anode)与阴极 (cathode)分别是以锌、铜所制 成，其中铜极浸置于硫酸铜溶液 中，而锌极则浸置于硫酸锌溶液 中。电池结构虽然简单，却可产 生约1.1 V的电压值。实验显示： 当锌－铜电池以导线接通时，锌 极会自发性地发生氧化反应 Zn(s)→ Zn2+(aq)+ 2 e-，而产生 电子。产生的电子会从电位较高 的锌极流向电位较低的铜极