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原电池工作原理
作者:亚美官网    发布日期:2020-07-18 06:24


  反应原理 化学 化学 2 [知识回顾] ② ③ 判断下列装置能否构成原电池,并思考原电池的构成条件 Cu C ① Zn Cu ② ③ ④ 盐桥 ⑤ 【实验1】 盐桥 CuSO4 盐桥: 内装含KCl饱和溶液的琼脂 ,离子在盐桥中能移动。 盐桥的作用: 沟通内电路 ,使连接的两溶液保持电中性。 此电池的优点:能产生持续、稳定的电流。 温故知新 原电池基础知识 盐桥 概念:将化学能转化为电能的装置 借助氧化还原反应产生电流的装置 构成条件: 先决条件:必须发生放热的氧化还原反应 (1)必须有两种活泼性不同的导电材料作电极; (2) 两个电极必须插入电解质溶液中; (3)两个电极必须相连并形成闭合回路。 原电池由电极、电解质溶液、容器三部分组成 原电池由两个半电池组成,两个半电池通过盐桥连接 原电池工作原理 较活泼的金属失去电 子发生氧化反应,电 子从较活泼金属(负极) 通过外电路流向较不 活泼的金属(正极)。 负极: M-ne-=Mn+ 氧化反应 正极: Nm++me-=N 还原反应 化学能转化为电能的装置 原电池正负极的比较 比较项目 电子流动方向 金属活泼性 电极反应 电极质量变化 正 极 电子流入 相对不活泼 Nm+ + me- = N (还原反应) 增大或不变 负 极 电子流出 相对活泼 M - ne- = Mn+ (氧化反应) 一般:减小 离子移动方向 阳离子移向该极 阴离子移向该极 【巩固练习1】 用铜片、银片、 Cu(NO3)2 溶液、 AgNO3 溶液、导线 和盐桥(装有琼脂-KNO3的U型管)构成一个原电池。 以下有关该原电池的叙述正确的是 C ①在外电路中,电流由铜电极流向银电极, ② 正 极 反 应 为 : Ag++e-=Ag , ③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作, ④将铜片浸入 AgNO3 溶液中发生的化学反应与该原 电池反应相同 A. ①② B.②③ C.②④ D.③④ 练习2:根据下式所表示的氧化还原反应设计 一个原电池: Cu(s) + 2Ag+(aq) = Cu2+(aq)+ 2Ag(s) ⑴装置可采用烧杯和盐桥,画出此原电池的 装置简图; ⑵注明原电池的正极和负极; ⑶注明外电路中电子的流向; ⑷写出两个电极上的电极反应。 Cu(s) + 2Ag+(aq) = Cu2+(aq)+ 2Ag(s) + ⑴装置可采用烧杯和盐桥, e- C Cu — 画出此原电池的装置简图; ⑵注明原电池的正极和负极; ⑶注明外电路中电子的流向; AgNO3 ⑷写出两个电极上的电极反 应。 Cu-2e- =Cu2+ 负极Cu: CuSO4 正极C: 2Ag++2e- =2Ag 反思 A G B 原电池一定要有活泼性不同的 两电极吗? 不一定。 因为原电池的电极材料本身可以不参加 反应,而只起到导电和做载体的作用。 例如燃料电池。 C 【巩固练习2】确定下列原电池的正负极, 写出各原电池的电极反应式和总方程式。 Cu Al Cu Al Cu Al 稀硫酸 NaOH溶液 浓HNO3 ① ② ③ 电极方程式规律 1、遵循离子反应方程式书写规律 2、负极还原剂发生氧化反应为氧化产物, 正极:氧化剂的电子为还原产物。 注意溶液的酸碱性不同,产物的书写形 式不同 3、氧化还原反应得失电子守恒: 4、负极+ 正极=总反应 燃料电池 氢氧燃料电池 (1)电极:惰性电极(石墨或Pt) (2)电解质溶液 介质 酸性 中性 碱性 电池反应: 2H2 +O2 = 2H2O 负极 正极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 负极 正极 负极 正极 固体燃料电池 介质 电池反应: 2H2 +O2 = 2H2O 负 - +2O2-= 2H O 2H 4e 极 2 2 正 极 负 极 O2 + 4e-= 2O2- 2H2 - 4e- = 4H+ 正 + + 4e-= 2H O O + 4H 极 2 2 原电池原理的应用 1.比较金属的活泼性 构建原电池,测出正负极, 负极金属活泼性>正极金属 【例】把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用 导线两两相连组成原电池。若a、b相连时,a为负 极;c、d相连时,电流由d到c;a、c相连时,c极上 产生大量气泡,b、d相连时,d质量减轻,则四种 金属的活动性顺序由强到弱的为: ( B ) A.a b c d B.a c d b C.c a b . d D. b d c a 原电池原理的应用 2.加快某些化学反应的反应速率 氧化还原反应一经设计成原电池,反应速率 会大大加快 【例1】为了加快锌与稀硫酸反应制取氢气的速率, 可采取哪些措施? 答: ①加热; ②适当增大硫酸的浓度; ③锌粒换用锌粉; ④ 纯锌换用粗锌; ⑤加入Cu或CuSO4、CuCl2等。 原电池原理的应用 3.制做化学电源 从理论上讲,自发进行的放热的氧化还 原反应均可设计成原电池 【例1】在理论上下列反应中可设计成原电池 的是( D ) A. C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH>0 B. Ba(OH)2· 8H2O(s)+NH4Cl(s)=BaCl2(aq)+ 2NH3· H2O(l)+8H2O(l) ΔH>0 C. CaC2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g) ΔH<0 D. CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH<0 【练习】请根据反应 2I- + 2Fe3+ = 2Fe2+ +I2设计一个原电池,画出装置图,写出电 极反应式 负极: Fe-2e-=Fe2+ 正极: 2Fe3++2e-=2 Fe2+ Fe C FeCl3 FeCl2 电解质溶液: FeCl3溶液 常见化学电源 普通锌锰电池 碱性电池 锂电池 镍氢电池 镍 镉 电 池 纽扣电池 小型高性能燃料电池 用途广泛的电池 用于“神六”的太阳能电 池 笔记本电脑专用电池 手机专用电池 纽扣电池 摄 像 机 专 用 电 池 最小燃料电池直径只有3毫米 1.锌银钮扣电池 电极分别为Ag2O和Zn 电解质溶液为KOH 负极:Zn +2OH--2e- =ZnO+H2O 正极:Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH- 总反应: Zn+Ag2O=ZnO+2Ag 化学电池的分类 普通锌锰干电池 一次电池 碱性锌锰电池 锌银纽扣电池 铅蓄电池 化学电池 二次电池 银锌蓄电池 锂离子电池 燃料电池 氢氧燃料电池等 2、普通干电池 负极:Zn – 2e- = Zn2+ 正极: 2NH4++ 2e- = 2NH3+H2 总反应:Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2 干电池 (负极) 锌筒 (正极) 石墨棒 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 MnO2和C 2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2 碱性锌-锰干电池、 其他干电池: 银-锌纽扣电池等 普通锌-锰干电池的结构 优点:携带方便 缺点:电量小,污染大 3、碱性锌-锰干电池 电解质: 电池反应: Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 KOH 负极:——Zn Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极:——MnO2 2MnO2+2H2O+2e- = 2MnOOH+2OH单位质量的电极材 料放出电能的大小 优点:比能量和储存时间有所提高,适用于大电流 和连续放电 缺点:多数只能一次使用,不能充电;价格较贵 可充电电池也称为二次 ____电池, 放 电和_____ 充 电, 可以反复_____ 是电池发展的一个重要方向。 铅蓄电池 锂电池 二次电池— 铅蓄电池 Pb+PbO2+2H2SO4 放电 充电 2PbSO4+2H2O 放电过程总反应: Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 充电过程总反应: 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 ? ①放电过程 负极:氧化反应 Pb+SO42--2e-=PbSO4 正极:还原反应 PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4 +2H2O ? ②充电过程 阴极(接电源负极):还原反应 PbSO4+2e-=Pb+SO42阳极(接电源正极):氧化反应 2PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42- 铅蓄电池 用途: 电动自行车、汽车、发电站等都要用到它 优点:可重复使用、电压稳定、使用方便、 安全可靠、价格低廉 主要缺点: 比能量低、笨重、废弃电池污染环境 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的 化学能直接转换成电能的化学电池。(氢气、 烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……) 氢氧燃料电池 酸性电解质: 负极: 2H2-4e-==4H+ 正极: O2+4H++4e-==2H2O 总反应:2H2+O2==2H2O 碱性电解质 负极: 2H2-4e-+4OH-==4H2O 正极: O2+2H2O+4e-==4OH总反应: 2H2+O2==2H2O 【例2】有人将铂丝插入氢氧化钾溶液中作电极,并 在两极片上分别通甲烷和氧气形成电池,从而设计出 一种燃料电池。该电池中通甲烷的铂丝为 负 极,发 生的电极反应为 CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O 。 该电池工作时(放电)反应的总化学方程式 为 CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 。 电池工作时溶液的pH值将 变小 (填“不变”、“变 小”、“变大”)。 化学电池优点 (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。 判断电池优劣的标准 (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 除特殊情况外,质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存 时间长的电池,其质量好。 电池的应用 军用 动力电池 民用 二次储能电池应用方向 移动电站 发电辅助电站 小型蓄电 太阳能蓄电器 太阳能路灯 草坪灯 杀虫灯 固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆-氧化钇为电解 质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其 间通过,该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极 a、 b均不参与电极反应。下列判断正确的是( ) A.有O2参加反应的a极为电池的负极 B.b极的电极反应为:H2 - 2e- =2H+ C.a极的电极反应为:O2 + 2H2O + 4e- = 4OHD.电池的总反应式为:2H2 + O2 减少污染 节约资源 琼脂简介 琼脂,学名琼胶, 又名洋菜,冻粉,燕菜精,洋粉,寒天。琼脂是 由海藻中提取的多糖体,是目前世界上用途最广泛的海藻 胶之一。用藻类制成的琼脂是半透明、无定形的粉末、薄 片或颗粒。琼脂不溶於冷水,能吸收相当本身体积20倍的 水。易溶於沸水,稀释液在42℃仍保持液状,但在37℃凝 成紧密的胶冻。琼脂为细胞壁的组成成分,含有复杂的碳 水化合物、钙与硫酸盐。 琼脂用于食品中能明显改变食品的品质,提高食品的档次。 可用作增稠剂,凝固剂,悬浮剂,乳化剂,保鲜剂和稳定剂. 广泛用于制造粒粒橙及各种饮料,果冻,冰淇淋,糕点,软糖, 罐头,肉制品,八宝粥,银耳燕窝,羹类食品,凉拌食品等等. 琼脂在化学工业,医学科研,可作培养基,药膏基及其他用 途。

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