1、 第三节第三节 化学能转变为电能化学能转变为电能-电池电池联想联想.质疑质疑v通过电解可将电能转变为化学能,通过原电池可将化学能转变为电能.那么原电池是怎样将化学能转变为电能的呢?原电池的工作原理和电解的原理有何异同呢?v在交通运输,人造卫星,日常生活中电池应用十分普遍,请看图片.用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电各式各样的纽扣电池池用于汽车的铅蓄电用于汽车的铅蓄电池池活动、探究：教材活动、探究：教材1920锌与硫酸铜溶液反应中的能量变化与能量转换锌与硫酸铜溶液反应中
2、的能量变化与能量转换上述电池是怎样将化学能转变为电能的呢上述电池是怎样将化学能转变为电能的呢?要了解它的原因将继要了解它的原因将继续学习续学习一一 原电池的工作原理原电池的工作原理CuZn 硫酸铜溶液硫酸铜溶液SO42-ZnZn2+2+CuCu2 2+该装置可以把反应的热能转变为电能。该装置可以把反应的热能转变为电能。电流是怎么样产生的电流是怎么样产生的锌失电子经导线流到铜片上，溶液中的铜离锌失电子经导线流到铜片上，溶液中的铜离子在铜片上得电子，导线中电子的定向移动子在铜片上得电子，导线中电子的定向移动和两极之间的溶液中离子的定向移动，构成和两极之间的溶液中离子的定向移动，构成了闭合回路，使两
3、极反应不断进行，发生有了闭合回路，使两极反应不断进行，发生有序的电子转移而产生电流。序的电子转移而产生电流。单独把锌插到硫酸铜溶液中会使溶液温度升高，说明锌与硫酸铜单独把锌插到硫酸铜溶液中会使溶液温度升高，说明锌与硫酸铜的置换反应是放热的的置换反应是放热的负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=CuZn失去电子，发生失去电子，发生氧化反应氧化反应Cu2+在铜片上得电在铜片上得电子，发生还原反应子，发生还原反应Zn失去的电子失去的电子从锌极流出从锌极流出流入铜极流入铜极.经外电路经外电路电流方向电流方向小结小结阳离子向正极移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阴离子向负极移动原电池工
4、作原理原电池工作原理CuZn 硫酸铜溶液硫酸铜溶液SO42-ZnZn2+2+CuCu2 2+e-e-原电池原电池定义：定义：把化学能转化为电能的把化学能转化为电能的装置装置实质实质 就是把一个就是把一个自发的氧化还原反应自发的氧化还原反应分开在两极进分开在两极进行，导致了电子的定向移动从而形成电流。行，导致了电子的定向移动从而形成电流。原电池形成原电池形成必要条件必要条件充分条件充分条件 两个电极中至少有一个电极，通常情况下单独两个电极中至少有一个电极，通常情况下单独存在时，能与电解质溶液里的物质发生氧化还原反应。存在时，能与电解质溶液里的物质发生氧化还原反应。1 1 判断下列装置能否形成原电
5、池判断下列装置能否形成原电池练一练练一练练一练练一练BD6 6 下列装置中能组成原电池正，负极分别是下列装置中能组成原电池正，负极分别是AFeCu浓浓HNO3AlMgANaOHZnH2SO4ACuH2SO4AMgAlH2SO4练一练练一练正极正极负极负极负极负极负极负极正极正极正极正极原电池中正，负极的判断原电池中正，负极的判断1 两个电极单独存在两个电极单独存在时都能与电解质溶时都能与电解质溶液里的物质发生氧液里的物质发生氧化还原反应，活泼化还原反应，活泼性强的是负极性强的是负极2 两个电极中一个反两个电极中一个反应一个不反应，反应一个不反应，反应的是负极应的是负极什么是盐桥？什么是盐桥？盐
6、桥中装有饱和盐桥中装有饱和的的KClKCl溶液和琼脂溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中的作用是防止管中溶液流出。溶液流出。原电池中盐桥有什么作用？离子原电池中盐桥有什么作用？离子在盐桥中是怎样定向移动的？在盐桥中是怎样定向移动的？提示：提示：原电池中盐桥起到了原电池中盐桥起到了平衡电荷平衡电荷、连接内电路的作用。离子在盐桥中作连接内电路的作用。离子在盐桥中作定向移动，溶液中的阳离子沿盐桥向定向移动，溶液中的阳离子沿盐桥向正极移动，阴离子向负极移动，构成正极移动，阴离子向负极移动，构成内电路，内电路，形成闭合回路形成闭合回路，形成电流。，形成电流。此电池的优点此电池的优点
7、 能持续产生稳定电流。能持续产生稳定电流。问题问题 装置中两个烧杯里的电解质溶液能否装置中两个烧杯里的电解质溶液能否互换，互换后能否产生电流互换，互换后能否产生电流。Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+eeeeeeeeeeeeeeZn2+Zn2+Zn2+Zn2+eeeeeeeeeeCu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+eZn2+eeeeeeeeeeK+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+K+K+NO3-NO3-NO3-eeeeeeeeZn2+Zn2+Zn2+Zn2+ZnSO4CuSO4ZnCu两个
8、烧杯溶液不能互换，否则就不能形成定向移动，不能提供电流两个烧杯溶液不能互换，否则就不能形成定向移动，不能提供电流 用铜片、银片、用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、溶液、AgNO3溶液、导溶液、导线和盐桥（装有琼脂线和盐桥（装有琼脂-KNO3的的U型管）构成一个原电池。型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（以下有关该原电池的叙述正确的是（）在外电路中，电流由铜电极流向银电极在外电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应为：正极反应为：Ag+e-=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电溶
9、液中发生的化学反应与该原电池反应相同池反应相同A BCDC即学即练即学即练1 1、锌锰干电池、锌锰干电池负极：负极：Zn-2eZn-2e-+2OH+2OH-ZnO+HZnO+H2 2O O正极：正极：MnOMnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e-Mn(OH)Mn(OH)2 2+2OH+2OH-或者：或者：2MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e-2MnO(OH)+2OH2MnO(OH)+2OH-电池反应为：电池反应为：Zn+MnOZn+MnO2 2+H+H2 2O=ZnO+Mn(OH)O=ZnO+Mn(OH)2 2或者：或者：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+H+H2
10、 2O=ZnO+2MnO(OH)O=ZnO+2MnO(OH)铅蓄电池铅蓄电池1、电极材料及原料、电极材料及原料2、电解质溶液、电解质溶液3、电极反应式：、电极反应式：正极：正极：PbO2 负极：负极：PbH2SO4溶液溶液负极（负极（Pb）:Pb-2e-+SO4 2-=PbSO4正极（正极（PbO2）:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O可逆电池充电时就成为了电解池可逆电池充电时就成为了电解池接线方法接线方法-原电池的负极和充电电源的负极相连，原电池的负极和充电电源的负极相连，正极和充电电源的正极相连正极和
11、充电电源的正极相连。电极反应式书写电极反应式书写充电时的电极反应就是放电时电极充电时的电极反应就是放电时电极反应反过来写反应反过来写.还原剂还原剂(燃料燃料):H2、CH3OH、CH4等作负极等作负极氧化剂氧化剂；O2、空气等作正极空气等作正极电极材料电极材料:多孔碳、多孔镍，多孔碳、多孔镍，Pt,Pd,Ag等贵金属等贵金属（催化剂）（催化剂）电解质电解质:碱性、酸性、固体电解质等碱性、酸性、固体电解质等能量利用率高能量利用率高;清洁环保清洁环保;燃料和氧燃料和氧化剂可连续地由外部化剂可连续地由外部供给供给,故可连续不断故可连续不断地供电地供电特点：特点：碱性条件下碱性条件下 电解质溶液的酸碱
12、性对电极反应的影响负极：负极：2H2 4e-=4H+正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O酸性条件下负极：负极：2H2+4OH-4e-=4H2O正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：总反应：2H2+O2 =2H2O总反应：总反应：2H2+O2 =2H2O甲醇原料电池v碱性介质v负极 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2Ov正极 O2+4e-+2H2O=4OH-v总反应 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2Ov酸性介质v负极 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+v正极 O2+4e-+4H+=2H2Ov总反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
13、燃料电池电极反应式书写规律燃料电池电极反应式书写规律1 酸性环境：负极发生氧化反应，失电子。H2-H+烃，和烃的衍生物-CO2和H+正极发生还原反应，得电子。O2-H2O负极产物H+参与正极反应，正极产物H2O参与负极反应，酸性环境电极反应式中不能出现OH-。2 碱性环境：负极 H2-H2O；烃和烃的衍生物-CO32-和H2O。正极 O2-OH-负极产物H2O参与正极反应，正极产物OH-参与负极反应，碱性环境电极反应式中不能出现H+生成生成生成生成生成生成生成生成生成生成生成生成v熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用到重视，可用Li2CO3和
14、和Na2CO3的熔融盐混的熔融盐混合物作电解质，合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在的混合气体为阴极助燃气，制得在650下下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：v 阳极反应式：阳极反应式：2CO+2CO32-4CO2+4e-v阴极反应式：阴极反应式：_v总电池反应式：总电池反应式：_O2+2CO2+4e-2CO32-2CO+O22CO2一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发
15、生的反应是（池负极发生的反应是（）ACH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-BO2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e-DO2(g)+2H2O(1)+4e-=4OH-C当堂检测当堂检测电极反应式的书写电极反应式的书写一般电极反应式的书写一般电极反应式的书写v练一练v写出下列电极反应式和电池反应式v 正极v v 负极负极正极6H2O+6e-=3H2+6OH-2Al-6e-+8OH-=2Al(OH)4-电池反应电池反应2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)4-+3H2Cu-2e
16、-=Cu2+2NO3-+2e-+4H+=2NO2+2H2O电池反应电池反应Cu+4H+2NO3-=Cu2+2NO2+2H2O、一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入、一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化）的氧化锆（锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导）晶体，在熔融状态下能传导O2-。下。下列对该燃料说法正确的是列对该燃料说法正确的是()A、在熔融电解质中，、在熔融电解质中，O2由负极移向正极由负极移向正极 B、电池的总反应是：、电池的总反应是：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O C、通入空气的一极是正
17、极，电极反应为：、通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e-2O2-D、通入丁烷的一极是正极，电极反应为：、通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10+26e-+13O2 4CO2+5H2OBCB3 3如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为如图为一种钮扣微型电池，其电极分别为AgAg2 2O O和和ZnZn电解质电解质溶液是溶液是KOHKOH溶液，俗称银锌电池，该电池的电极反应式为：溶液，俗称银锌电池，该电池的电极反应式为：Zn Zn+Ag+Ag2 2O=ZnO+2AgO=ZnO+2Ag根据以上提供的资料，判断下列说法正确的根据以上提供的资料，判断下列说法正确的是是 A A、锌为负极，、锌
18、为负极，AgAg2 2O O为为 正极；正极；B B、放电时正极附近溶液的、放电时正极附近溶液的PHPH值升高；值升高；C C、放电时负极附近溶液的、放电时负极附近溶液的PHPH值升高；值升高；D D、溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动。、溶液中阴离子向正极方向移动，阳离子向负极方向移动。AB 巩固练习巩固练习 Fe 2e-=Fe 2+Cu2+2e-=Cu 铁铁铜、石墨或比铁不活泼的其他金属铜、石墨或比铁不活泼的其他金属把一个自发的氧化还原反应设计成原电池把一个自发的氧化还原反应设计成原电池FeCu1、根据氧化还原反应电、根据氧化还原反应电子转移判断子转移判断电极反应电极反应。2
19、、根据电极反应确定合、根据电极反应确定合适的适的电极材料电极材料和和电解质电解质溶液溶液 逆向思维：逆向思维：利用刚才利用刚才Fe+Cu2+=Fe2+Cu，设计设计一个原电池一个原电池.CuFeCuSO4FeSO4化合价升高化合价升高 失失2e-化合价降低化合价降低 得得2e-已知氧化还原反应已知氧化还原反应 Cu 2FeCl3=2FeCl2 CuCl2，利用这一反应设计一个原电池，画出示意图，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。标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。CuCl2FeCl3ACuC正极：正极：负极负极：总反应：总反应：Cu2e-C
20、u2+2Fe3+2e-2Fe2+2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+Cu+2 AgNO3=Cu(NO3)2 +2Ag化合价升高失化合价升高失2e-化合价降低得化合价降低得2e-电极：负极是电极：负极是Cu，正极可以是，正极可以是Ag或或C等。等。电极反应式：电极反应式：负极：负极：Cu 2e-=Cu2+正极：正极：2Ag+2e-=2 Ag电解液：电解液：AgNO3 或者：或者：Cu(NO3)2、AgNO3 思考讨论思考讨论：利用该反应设计原电池：利用该反应设计原电池答案：铁钉发生吸氧腐蚀，答案：铁钉发生吸氧腐蚀，消耗了具支试管里的氧气，消耗了具支试管里的氧气，使气压下降，从而导致导使气压下降，从而
21、导致导管中的水柱上升。管中的水柱上升。(2)复杂电极反应式的书写复杂电极反应式的书写【特别提醒【特别提醒】原电池中正、负极的电极反应式；原电池中正、负极的电极反应式；A遵遵循原子守恒和电荷守恒，得失电子守恒规律。循原子守恒和电荷守恒，得失电子守恒规律。B 注意注意电解质溶液的酸，碱性，适当在电极两边添加氢离子电解质溶液的酸，碱性，适当在电极两边添加氢离子，氢氧根离子，或水分子。，氢氧根离子，或水分子。C 酸性环境不能有酸性环境不能有OH-存在存在，碱性环境不能有，碱性环境不能有H+存在。存在。D 电极反应式必须是燃料电极反应式必须是燃料燃烧反应，和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应燃烧反应，和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式式
