《原電池的工作原理》PPT課件.ppt

Company Logo 專 題 1 化 學(xué) 反 應(yīng) 與 能 量 變 化第 二 單 元 化 學(xué) 能 與 電 能 的 轉(zhuǎn) 化原 電 池 的 工 作 原 理 Company Logo 判 斷 下 列 裝 置 能 否 構(gòu) 成 原 電 池 ， 并 思 考 原 電 池 的 構(gòu) 成 條 件 知 識 回 顧 Cu C CuZn Company Logo 形 成 原 電 池 的 條 件前 提 條 件 ： 有 自 發(fā) 的 氧 化 還 原 反 應(yīng) 、 放 熱 反 應(yīng) （ 1） 有 兩 種 活 潑 性 不 同 的 導(dǎo) 電 材 料 (不 同 的 金 屬 或 金 屬 與 非 金 屬 導(dǎo) 體 ） 作 電 極（ 2） 兩 個 電 極 必 須 插 入 電 解 質(zhì) 溶 液 中（ 3） 兩 極 相 連 形 成 閉 合 回 路 （ 用 導(dǎo) 線 連 接 或 電極 直 接 接 觸 ）原 電 池 ： 把 化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 裝 置 Company LogoH2SO4 G e- e-Zn CuZn H2+ +H2- +Cu-Zn原 電 池 原 理 示 意 圖1、 由 組 成 原 電 池 兩 極 的 電 極 材 料 判 斷 相 對 活 潑 的 是 負 極 ， 活 潑 性 較 弱 的 是正 極2、 根 據(jù) 原 電 池 里 電 解 質(zhì) 溶 液 內(nèi) 離 子 流動 方 向 判 斷 . 在 原 電 池 的 電 解 質(zhì) 溶 液 里 ， 陽 離 子 移向 的 極 為 正 極 。 3、 根 據(jù) 原 電 池 的 兩 極 發(fā) 生 的 現(xiàn) 象 判 斷 。 原 電 池 的 負 極 總 是 發(fā) 生 氧 化 反 應(yīng) ， 正極 發(fā) 生 還 原 反 應(yīng) . Company Logo v正 極 （ 銅 電 極 ） ： 2H+ + 2e- = H2 v負 極 （ 鋅 電 極 ） ： Zn - 2e- = Zn2+電 池 反 應(yīng) ： Zn+ 2H+ = H2+ Zn2+（ 總 反 應(yīng) ） Company Logo Zn CuZn CuA B C DE F 下 列 哪 些 裝 置 能 構(gòu) 成 原 電 池 ？ 相 應(yīng) 的 電 極 反 應(yīng) Company Logo 負 極 Zn： Zn 2e- Zn2+正 極 C： 2H +2e- H 2總 反 應(yīng) ： Zn+2H + Zn2+H 2負 極 u： u 2e- u2+正 極 C： 2Ag+2e- 2Ag總 反 應(yīng) ： Cu+2Ag+ Cu2+2Ag Company Logo 設(shè) 疑 若 F中 兩 燒 杯 中 的 電 解 質(zhì) 溶 液 用 能 使 陰 陽 離 子 移動 的 裝 置 連 接 起 來 ， 能 否 形 成 原 電 池 ？Zn+ Cu 2+ Zn2+ + Cu Company LogoZn+ Cu2+ Zn2+ + Cu Company Logo 鹽 橋 ： 在 U型 管 中 裝 滿 用 飽 和 KCl溶 液 和 瓊 脂 作 成 的 凍 膠 。1、 鹽 橋 的 作 用 ： 使 Cl-向 鋅 鹽 方 向 移動 ， K+向 銅 鹽 方 向 移 動 ，使 Zn鹽 和 Cu鹽 溶 液 一 直保 持 電 中 性 ， 從 而 使 電子 不 斷 從 Zn極 流 向 Cu極 。 Company Logo v正 極 （ 銅 電 極 ） ： Cu2+ + 2e- = Cu v負 極 （ 鋅 電 極 ） ： Zn - 2e- = Zn2+電 池 反 應(yīng) ： Zn+ Cu2+ = Cu+ Zn2+（ 總 反 應(yīng) ）此 電 池 的 優(yōu) 點 ： 能 產(chǎn) 生 持 續(xù) 、 穩(wěn) 定 的 電 流 。 Company Logo 請 結(jié) 合 組 成 原 電 池 的 條 件 ， 將 氧 化 還 原 反 應(yīng) ：Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 設(shè) 計 成 一 個 原 電 池 。1、 電 解 溶 液 ： 。2、 電 極 材 料 ： 正 極 ， 負 極 。3、 電 極 反 應(yīng) 式 ： 正 極 : 。 負 極 : 。 Fe C CuSO4溶 液FeCCu2+2e- CuFe 2e - Fe2+ Company Logo 1、 判 斷 下 列 哪 些 裝 置 構(gòu) 成 了 原 電 池 ？ 若 不 是 ， 請 說 明理 由 ； 若 是 ， 請 指 出 正 負 極 名 稱 ， 并 寫 出 電 極 反 應(yīng) 式 .2H +2e- H 2負 極 ：總 反 應(yīng) ：正 極 ： Zn 2e- Zn2+Zn+2H + Zn2+H 2 ( )隨 堂 檢 測 Company Logo 正 極 ：負 極 ：總 反 應(yīng) ： Fe 2e - Fe2+Cu2+2e- CuFe+Cu2+ Fe2+CuFe+CuSO4 Cu+FeSO4負 極 ： Zn 2e- Zn2+正 極 ： Cu2+2e- Cu總 反 應(yīng) ： Zn+Cu2+ Zn2+Cu或 Zn+CuSO 4 ZnSO4+Cu Company Logo 2、 一 個 原 電 池 的 總 反 應(yīng) 的 離 子 方 程 式 是 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu， 該 反 應(yīng) 的 原 電 池 的 組 成 正 確 的 是 A B C D正 極 Zn Ag Cu Cu負 極 Cu Cu Zn Zn電 解 質(zhì) 溶 液 CuCl 2 H2SO4 CuSO4 FeCl2 Company Logo 3、 已 知 氧 化 還 原 反 應(yīng) Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2，利 用 這 一 反 應(yīng) 設(shè) 計 一 個 原 電 池 ， 畫 出 示 意 圖 ，標 出 電 極 材 料 ， 電 解 質(zhì) 溶 液 ， 寫 出 電 極 反 應(yīng) 式 。CuCl 2 FeCl3ACu C 正 極 ：負 極 ：總 反 應(yīng) ： Cu 2e - Cu2+2Fe3+2e- 2Fe2+2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+ Company Logo 負 極 ： Fe 2e- = Fe2+正 極 ： 2H + + 2e- = H 2總 ： Fe + 2H + = Fe2+ + H 2 稀 硫 酸Fe Cu 稀 硫 酸Fe CuNaCl溶 液 負 極 ： Fe 2e- = Fe2+正 極 ： 2H 2O + O2 + 4e- = 4OH -總 ： 2Fe + 2H 2O + O2 = 2Fe(OH )2 不 同 的 介 質(zhì) 不 同 的 電 極 反 應(yīng) Company Logo 負 極 ： Al+ 4OH 3e- =Al O2 +2H 2O 正 極 ： 2H 2O + 2 e- = H 2+ 2OH 總 ： 2Al+ 2OH +2H 2O =2Al O2 + 3H 2 稀 硫 酸 負 極 ： Mg 2e- = Mg2+ + 2H 2O 正 極 ： 2H + + 2e- = H 2總 ： Mg +2H + = Mg 2+ + H 2 Company Logo 負 極 ： Cu 2e- = Cu 2+ 正 極 ： 2H + +NO3 + e- = NO2 + H 2O總 ： Cu + 4H + +2NO3 = 2NO2 + Cu 2+ + 2H 2O稀 H2SO4 負 極 ： Al 3e- =Al 3+ + 2H 2O 正 極 ： 2H + + 2e- = H 2總 ： 2Al + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 Company Logo 下 列 關(guān) 于 下 圖 所 示 原 電 池 的 說 法 正 確 的 是A 鋁 片 為 正 極B 正 極 上 有 H2產(chǎn) 生C Al是 電 池 的 負 極 ， 開 始 工 作 時 溶 液 中 會 立 即 有 白 色 沉 淀 析 出D 當 轉(zhuǎn) 移 0.04 mol e- 時 ， 產(chǎn) 生 0.01 mol O2 Cu Company Logo 鋰 電 池 干 電 池紐 扣 電 池各 類 電 池蓄 電 池 Company Logo 銀 鋅 紐 扣 電 池是 用 不 銹 鋼 制 成 的 小 圓 盒 ， 形 似 紐 扣 ， 故 稱 紐 扣 電池 。 兩 極 分 別 為 氧 化 銀 和 鋅 ， 電 解 質(zhì) 為 KOH溶 液 ，發(fā) 生 氧 化 還 原 反 應(yīng) 后 生 成 銀 和 氧 化 鋅 。鋅 是 極 ， 發(fā) 生 反 應(yīng) ；氧 化 銀 是 極 ， 發(fā) 生 反 應(yīng) ?？?反 應(yīng) 為 ： Zn+Ag2O= ZnO+2Ag負 極 （ 鋅 ） ： 正 極 （ 氧 化 銀 ） ：負 氧 化正 還 原1、 干 電 池 -一 次 電 池Zn+2OH-2e-=ZnO+H2OAg 2O+H2O+2e-=2Ag+2OH- Company Logo負 極 （ 鋅 筒 ） ： Zn-2e-=Zn2+ 正 極 （ 石 墨 ） ： 2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O 普 通 鋅 錳 干 電 池總 反 應(yīng) ： Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O Company Logo 堿 性 鋅 錳 干 電 池 （ 用 KOH代 替NH4Cl能 提 高 性 能 ， 延 長 壽 命 ）負 極 （ 鋅 筒 ） ：正 極 （ 石 墨 ） ：總 反 應(yīng) ： Zn+ 2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+ 2MnOOHZn-2e-+2OH-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH- Company Logo 氫 氧 燃 料 電 池 的 工 作 原 理酸 性 條 件 ： 負 極 （ H 2） ： 2H2 -4e = 4H+堿 性 或 中 性 條 件 ： 負 極 （ H 2） ： 2H2 + 4OH - 4e = 4H2O正 極 （ O2） ： O2 + 2H2O + 4e = 4OH 總 反 應(yīng) ： 2H2 O2 2H2O總 反 應(yīng) ： 2H 2 O2 2H2O 2、 燃 料 電 池 氫 氧 燃 料 電 池 結(jié) 構(gòu)正 極 （ O2） ： O2 + 4H+ + 4e = 2H2O Company Logo 【 拓 展 】一 種 新 型 燃 料 電 池 ， 它 是 以 兩 根 金 屬 鉑 片 插 入K OH 溶 液 中 作 電 極 ， 又 在 兩 極 上 分 別 通 入 甲 烷和 氧 氣 。 電 極 反 應(yīng) 為 ：負 極 ：正 極 ：電 池 總 反 應(yīng) ：2O2+ 4H 2O +8e-= 8OH -CH 4+ 10OH -8e-= CO32- + 7H 2OCH 4+ 2O2 + 2K OH = K 2CO3 + 3 H 2O Company Logo 3、 充 電 電 池充 電 電 池 又 稱 二 次 電 池 ， 它 在 放 電 時 所進 行 的 氧 化 還 原 反 應(yīng) ， 在 充 電 時 又 逆 向進 行 ， 使 生 成 物 恢 復(fù) 原 狀 ， 如 此 充 放 電可 循 環(huán) 進 行 ， 至 一 定 周 期 后 終 止 。 汽 車 用 蓄 電 池 Company Logo 總 反 應(yīng) ： + 總 反 應(yīng) ： Company Logo 海 水 電 池1991年 ， 我 國 首 創(chuàng) 以 鋁 -空 氣 -海 水 為 能 源 的 新 型 電池 ， 用 作 航 海 標 志 燈 。 該 電 池 以 取 之 不 的 海 水 為 電解 質(zhì) ， 靠 空 氣 中 的 氧 氣 使 鋁 不 斷 氧 化 而 產(chǎn) 生 電 流 。這 種 海 水 電 池 的 能 量 比 “ 干 電 池 ” 高 20 50倍 。 電 極反 應(yīng) 式 為 ：負 極 ：正 極 ：電 池 總 反 應(yīng) ：4Al - 12e-= 4Al 3+3O2+ 6H 2O +12e-= 12 OH -4Al+3O 2+ 6H 2O = 4Al (OH )3 【 拓 展 】 Company Logo 鎳 鉻 電 池 特 點 ： 比 鉛 蓄 電 池 耐 用 ， 可 密 封 反 復(fù) 使 用 。 NiO2（ S） +Cd（ S） +2H2O（ L）=Ni（ OH） 2（ S） +Cd（ OH） 2（ S）Ag 2O（ S） +Cd（ S） +H2O（ L）=2Ag（ S） +Cd（ OH） 2（ S） Company Logo 1、 電 極 材 料 及 原 料2、 電 解 質(zhì) 溶 液3、 優(yōu) 點4、 應(yīng) 用 領(lǐng) 域鋰 電 池 摩 托 羅 拉 6188/6288原 裝 鋰 電 池正 極 ： 金 屬 氧 化 物 負 極 ： 鋰使 用 壽 命 長 ， 質(zhì) 量 輕 、 電 壓 高 、 工 作 效 率 高 、壽 命 長 、 質(zhì) 量 輕 、 體 積 小有 機 溶 劑電 腦 、 照 相 機 、 手 表 、 心 臟 起 博 器 索 尼 數(shù) 碼 相機 鋰 電 池 Company Logo 鋰 電 池 是 一 代 新 型 高 能 電 池 ， 它 以 質(zhì) 量 輕 、 能 量 高 而 受到 了 普 遍 重 視 ， 目 前 已 研 制 成 功 多 種 鋰 電 池 ， 某 種 鋰 電 池的 總 反 應(yīng) 為 Li + MnO2=LiMnO2,下 列 說 法 正 確 的 是 （ ）A、 Li是 正 極 ， 電 極 反 應(yīng) 為 Li e- = Li+B、 Li是 負 極 ， 電 極 反 應(yīng) 為 Li e- = Li+C、 Li是 負 極 ， 電 極 反 應(yīng) 為 MnO2 + e- = MnO2 D、 Li是 負 極 ， 電 極 反 應(yīng) 為 Li 2e- = Li2+ Company Logo 熔 融 鹽 燃 料 電 池 具 有 高 的 發(fā) 電 效 率 ， 因 而 受 到 重 視 ，可 用 Li2CO3和 Na2CO3的 熔 融 鹽 混 合 物 作 電 解 質(zhì) ， CO為 陽 極燃 氣 ， 空 氣 與 CO2的 混 合 氣 體 為 陰 極 助 燃 氣 ， 制 得 在 650下 工 作 的 燃 料 電 池 ， 完 成 有 關(guān) 的 電 池 反 應(yīng) 式 ： 陽 極 反 應(yīng) 式 ： 2CO+2CO32- = 4CO2+4e- 陰 極 反 應(yīng) 式 ： _ 總 電 池 反 應(yīng) 式 ： _練 習(xí) 2CO+O2=2CO2O2+2CO2+4e-=2CO32- Company Logo 如 圖 是 2004年 批 量 生 產(chǎn) 的 筆 記 本 電 腦 所 用 的 甲 醇 燃料 電 池 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 。 甲 醇 在 催 化 劑 作 用 下 提 供 質(zhì)子 (H+)和 電 子 。 電 子 經(jīng) 外 電 路 、 質(zhì) 子 經(jīng) 內(nèi) 電 路 到 達 另一 極 與 氧 氣 反 應(yīng) 。 電 池 總 反 應(yīng) 式 為 ： 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O。下 列 說 法 中 正 確 的 是A 左 邊 的 電 極 為 電 池 的 負 極 ， a處 通 入 的 是 甲 醇B 右 邊 的 電 極 為 電 池 的 負 極 ， b處 通 入 的 是 空 氣C 電 池 負 極 的 反 應(yīng) 式 為 ： CH 3OH + H2O 6e = CO2 + 6H+D 電 池 的 正 極 反 應(yīng) 式 為 ： O2+2H2O+4e =4OH A、 C