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(共31張PPT)
原電池與化學電源
第二節(jié) 化學反應與能量轉化
1.通過實驗探究認識化學能可以轉化為電能，基于證據(jù)推理加深對氧化還原反應本質的理解
2.通過電極反應、電子移動方向、電極現(xiàn)象、溶液中離子的移動方向等問題的分析總結，理解原電池的工作原理
3.通過設計原電池的裝置圖，加深對原電池工作原理的應用
生活中人們使用的電能來自于哪里
亞歷山德羅·伏特
伏打電堆
“伏打電堆”的發(fā)明
伏特在多次重復了伽伐尼的實驗后，認為青蛙的肌肉和神經(jīng)中并不存在電流，電
流可能來自于兩種不同的金屬棒與媒介的相互接觸。并用另外一種方式代替原實驗的
青蛙腿也檢測到了電流——用一塊鋅板和一塊銅板，把它們分開浸泡在鹽水中。這一
裝置，后來被命名為——“伏打電堆”。
步驟 討論與交流
1.將Zn片插入稀H2SO4 Zn片上有何現(xiàn)象？
2.將Cu片插入稀H2SO4 Cu片上有何現(xiàn)象
3.Zn片和Cu片用導線連接(中間接電流表)插入稀H2SO4 電流表指針有何變化
說明了什么
探究把化學能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置，Zn與稀H2SO4的反應。
裝置 現(xiàn)象 解釋或結論
實驗 2 ①鋅片：不斷溶解，且鋅片上有_________ ②銅片：___________
實驗 3 ①鋅片：不斷溶解 ②銅片：_______，但銅片上產(chǎn)生大量氣泡 ③電流計：指針發(fā)生______ 有______產(chǎn)生，裝置中_____能轉化為_____能
鋅是活潑金屬能與稀硫酸反應產(chǎn)生氫氣；銅不能與稀硫酸反應
氣泡產(chǎn)生
無明顯現(xiàn)象
不溶解
偏轉
電流
化學
電
一、原電池
將 能直接轉化為 能的裝置。
化學
電
1.概念：
3.電極
2.本質：氧化反應和還原反應分別在兩個不同的區(qū)域進行。
正極：
負極：
電子流入的電極
電子流出的電極
通常是不活潑金屬或石墨電極
通常是活潑金屬
得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應
失電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應
+
-
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
2H++2e－===H2↑
氧化反應
還原反應
負極
正極
陽離子
陰離子
發(fā)生溶解
產(chǎn)生氣泡
原電池總反應：
Zn+2H+===Zn2++H2↑
電子流向：負極 沿導線 正極
電流方向：正極 沿導線 負極
外電路
內電路
陰離子 負極
陽離子 正極
外電路
內電路
e－
I
“電子不下水，離子不上岸”
Zn－2e－===Zn2+
4.原電池的形成條件
Zn
稀硫酸
Cu
A
Zn
酒精
Cu
A
導體
電解質溶液
電子導體
離子導體
熔融鹽
固體電解質
構成條件之一：電解質溶液（或熔融鹽或固體電解質）
Zn
稀硫酸
C
A
Zn
稀硫酸
Zn
A
Zn
稀硫酸
玻璃
A
構成條件之二：電極材料
構成條件之三：形成閉合回路
稀硫酸
Zn Cu
Zn Cu
稀硫酸
稀硫酸
Zn Cu
構成條件之四：必須存在自發(fā)的氧化還原反應
下列裝置中能夠組成原電池的是________(填序號)，其他不能構成原電池的試分別說明理由：____。
③⑤
如圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，在讀書卡片上記錄如下，其中正確的是(　　)
①Zn為正極，Cu為負極　
②H＋向負極移動　
③電子是由Zn經(jīng)外電路流向Cu　
④Cu極上有H2產(chǎn)生　
⑤若有1 mol電子流過導線，則產(chǎn)生的H2為0.5 mol　⑥正極的電極反應式為Zn－2e－=Zn2＋
A．①②③　　　B．③④⑤　　　C．④⑤⑥ D．②③④
B
5.如何正確書寫電極反應式呢？
找還原劑
寫出穩(wěn)定的電極產(chǎn)物
找正負
使守恒
看環(huán)境
相加減
②電荷守恒
③原子守恒
①電子守恒
正極+負極=總反應式
找氧化劑
酸性補H＋
堿性補OH－
給什么補什么
銅
鋁
稀鹽酸
Al - 3e- = Al3+
2H+ + 2e- = H2↑
負極:
正極:
總反應式:
2Al + 6H+= 2Al3+ + 3H2↑
銅
鐵
濃HNO3
Cu - 2e- = Cu2+
2NO3- + 2e- + 4H+ = 2NO2↑ + 2H2O
負極:
正極:
總反應式:
Cu + 2NO3- + 4H+ = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O
負極
正極
e-
金屬活潑性：
得或失電子：
發(fā)生什么反應：
電極現(xiàn)象：
陰離子或陽離子移向：
金屬活潑性：
得或失電子：
發(fā)生什么反應：
電極現(xiàn)象：
陰離子或陽離子移向：
較活潑金屬
較不活潑金屬
失去電子
得到電子
氧化反應
還原反應
金屬溶解
有氣體產(chǎn)生或有固體析出
陰離子移向
陽離子移向
導線
6. 原電池正負極的判斷
7.化學電池
銀鋅電池
干電池
鉛酸電池
鎳氫電池
燃料電池
鋰離子電池
化學電源
①一次電池又稱不可充電電池——如：干電池
不可重復使用。
如普通干電池、堿性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池等。
②二次電池又稱充電電池——蓄電池
放電后可以再充電重新使用。
如鉛蓄電池、鋅銀蓄電池、鎘鎳電池、鋰離子電池等。
③燃料電池
將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑(如氧氣）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置。
如氫氧燃料電池、甲烷燃料電池、甲醇燃料電池等。
④其他電池：
如海水電池、心臟起搏電池等。（特殊用途，現(xiàn)代科技）
①一次電池又稱不可充電電池——如：干電池
普通鋅錳干電池的構造如圖所示
（1）鋅筒為 。
（2）石墨棒為 ，最終被還原的物質是 。
（3）NH4Cl糊的作用是 。
負極
正極
MnO2
作電解質溶液
總反應：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++ 2MnO(OH）+2NH3+H2O
負極： Zn - 2e- = Zn2+
正極：2MnO2+2NH4++2e- =2MnO(OH）+ 2NH3
②二次電池又稱充電電池——蓄電池
鉛酸蓄電池
PbO2
（4）放電時電極反應式：
Pb
H2SO4溶液
Pb－2e-＋SO42-＝PbSO4
PbO2＋2e-＋4H＋＋SO42－＝PbSO4＋2H2O
（1）負極材料是： ___________
（2）正極材料是： _________________
（3）電解質是 _________________
正 極
負 極
總反應
tips：放電時，電解質溶液中硫酸的濃度_____(填“增大”“減小”或“不變”)。
減小
總反應： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
放電
充電
汽車的啟動電源常用鉛蓄電池，其放電時的原電池反應如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，根據(jù)此反應判斷，下列敘述中正確的是( )
A.Pb是正極
B.PbO2得電子，被氧化
C.負極反應是Pb＋SO42-－2e－=PbSO4
D.電池放電時，溶液的酸性增強
C
③燃料電池
將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑(如氧氣）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置.
具有清潔、安全、高效等特點。
燃料電池的能量轉化率可以達到80%以上。
1.原理
2.優(yōu)點
3.與其他電池的區(qū)別
反應物不儲存在電池內部，由外設設備提供燃料和氧化劑。
惰性電極
活性電極
(C、Pt、Au等)
(除Pt、Au外的其余金屬)
A
Pt
(-)
Pt
(+)
正極室
負極室
隔膜
電解質溶液
H2
O2
氫氧燃料電池
2H2－4e－= 4H＋
2H2－4e－＋4OH－= 4H2O
O2＋4H＋＋4e－= 2H2O
O2＋2H2O＋4e－= 4OH－
2H2－4e－＋2O2－= 2H2O
O2＋4e－= 2O2－
8. 原電池原理的應用
①比較金屬活潑性
④保護金屬材料
③設計電池
②加快反應速率
一般情況下，若兩種金屬A、B與電解質溶液構成原電池，若金屬A作負極，則金屬活動性：______。
A＞B
實驗室制H2時，由于鋅太純，反應較慢，可加入少量CuSO4以加快反應速率。
船體鑲鋅塊
有A、B、C、D四種金屬。將A與B用導線連結起來，浸入電解質溶液中，B不易腐蝕。將A、D分別投入等濃度的鹽酸中，D比A反應劇烈。將銅浸入B的鹽溶液里，無明顯變化。如果把銅浸入C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此判斷它們活動性由強到弱的須序是：
A. D>C>A>B B. D>A>B>C C. D>B>A>C D. B>A>D>C
B
原電池的設計方法：
①找—找一個能夠自發(fā)進行的氧化還原反應，只有自發(fā)進行的氧化還原反應才能被設計成原電池；
②拆—將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應，還原劑－ne－===氧化產(chǎn)物(負極電極反應)，氧化劑＋ne－===還原產(chǎn)物(正極電極反應)；
③定—根據(jù)氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極活潑性差的金屬或能導電的非金屬。
④畫—連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu為例
材料選擇 裝置 電極反應式
負極：Fe 正極：Cu或C等(活潑性比Fe差的金屬或導電的石墨棒均可) 電解質溶液：CuSO4溶液 負極：
_______________
正極：
_________________
Fe－2e－===Fe2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
請回答下列問題:
(1)電極X的材料是　 　;Y是　 ;
(2)銀電極為電池的　 　極,
發(fā)生的電極反應為　　 ;
X電極上發(fā)生的電極反應為　　　 　　　; (3)外電路中的電子是從　 　電極流向　 　電極。
依據(jù)氧化還原反應:2Ag++Cu = Cu2++2Ag,設計的原電池如下圖所示。
Cu　
AgNO3溶液
正
Ag++e- = Ag
Cu-2e- = Cu2+
Ag
Cu

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