高中化學(xué) 31 電池探秘同步課件 魯科版選修11

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1、1理解并掌握原電池的構(gòu)成條件以及工作原理。2學(xué)會(huì)如何判斷電源的正負(fù)極。3了解常用電池的種類(lèi)、性能以及新型電池的發(fā)展趨勢(shì)。4學(xué)會(huì)利用原電池原理分析日常生活中的相關(guān)問(wèn)題。課題課題1電池探秘電池探秘如何判斷電池的正負(fù)極？提示在電池中，區(qū)分正負(fù)極可從氧化還原反應(yīng)的角度，即正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)中失去電子，電流流入，溶液中陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極。 1.電池是把 轉(zhuǎn)化成 的裝置，其實(shí)質(zhì)是發(fā)生了 反應(yīng)。以銅、鋅原電池為例， 片失去電子，電子經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向 片，溶液中的H從 片上得到電子被 成氫原子，繼而結(jié)合成氫分子，在 片上放出，其中電子流出的極為 極，發(fā)生 反應(yīng)，電子流入的極為 極，

2、發(fā)生 反應(yīng)，總的電池反應(yīng)式為 。篤學(xué)篤學(xué)一一電池是怎樣工作的電池是怎樣工作的 化學(xué)能化學(xué)能電能電能氧化還原氧化還原鋅鋅銅銅銅銅還原還原銅銅負(fù)負(fù)氧化氧化正正還原還原Zn2H=Zn2H2(1) ，(2) ，(3) ，(4) 。2形成原電池的條件形成原電池的條件活潑性不同的電極活潑性不同的電極電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液閉合回路閉合回路自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)篤學(xué)二篤學(xué)二認(rèn)識(shí)幾種電池認(rèn)識(shí)幾種電池PbO2 Pb (1)原理：利用 和 間的 提供電能的電池。(2)最大的特點(diǎn)是 。(3)氫氧燃料電池：正極輸入 ，負(fù)極輸入 ，電解質(zhì) ，總反應(yīng)為 。(4)優(yōu)點(diǎn)：效率高，無(wú)污染，裝置可重復(fù)使用。3燃

3、料電池燃料電池燃料燃料氧化劑氧化劑氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)工作時(shí)不斷地從外界輸入燃料和工作時(shí)不斷地從外界輸入燃料和氧化劑氧化劑氧氣氧氣氫氣氫氣KOH2H2O2=2H2O4化學(xué)電池的表示方法為：()負(fù)極()|電解質(zhì)|正極()，請(qǐng)用這種方法表示下列原電池鋅錳干電池： ，鋅氧化汞電池： ，鉛蓄電池： ，氫氧燃料電池： ，銅鋅原電池： ，堿性鋅錳電池： 。()Zn|NH4Cl，ZnCl2|MnO2，C()()Zn|KOH|HgO，C()()Pb|H2SO4|PbO2()()Pt，H2|KOH|O2，Pt()()Zn|H2SO4|Cu()()Zn|KOH|MnO2，C()【慎思1】 原電池兩極的判斷。提

4、示規(guī)律：負(fù)氧正還。一般是活潑金屬作負(fù)極，不活潑金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，但不一定是兩極材料發(fā)生反應(yīng)。電池負(fù)極電子流出的極失電子的極活潑金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。電池正極電子流入的極得電子的極還原反應(yīng)?！旧魉?】 如何判斷某種裝置是否是原電池？提示原電池的工作原理是要有電子的定向移動(dòng)形成電流，所以看哪種裝置可以形成原電池，就要看這一裝置是否滿(mǎn)足下列四個(gè)條件：(1)能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(2)有活潑性不同的兩極材料。(3)有電解質(zhì)溶液。(4)能構(gòu)成閉合回路。 要點(diǎn)一要點(diǎn)一 | 葡萄糖的化學(xué)性質(zhì)葡萄糖的化學(xué)性質(zhì)知識(shí)要點(diǎn)實(shí)例概念將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置(如右圖)自發(fā)反應(yīng)：實(shí)質(zhì) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能構(gòu)成前提能自發(fā)地發(fā)

5、生氧化還原反應(yīng)構(gòu)成條件(1)兩個(gè)電極(2)電解質(zhì)溶液(3)“兩極”“一液”連成回路(4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)知識(shí)要點(diǎn)實(shí)例電極構(gòu)成負(fù)極：還原性相對(duì)較強(qiáng)的材料正極：還原性相對(duì)較弱的材料Zn板負(fù)極Cu板正極電極反應(yīng)負(fù)極：失去電子，氧化反應(yīng)正極：得到電子，還原反應(yīng)負(fù)極：Zn2e=Zn2正極：Cu22e=Cu電荷流向電流流向外電路：電子由負(fù)極流向正極，電流方向相反內(nèi)電路：陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極，電流由負(fù)極流向正極外電路：電子由Zn板經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向Cu板；內(nèi)電路：SO、OH移向Zn板(負(fù)極)；Cu2、Zn2移向Cu板(正極)知識(shí)要點(diǎn)實(shí)例電極反應(yīng)式與反應(yīng)總式的關(guān)系兩個(gè)電極反應(yīng)式加合，即得反應(yīng)總式負(fù)極

6、：Zn2e=Zn2正極：Cu22e=Cu總式：ZnCu2=Zn2Cu（1）制作電池（2）防止金屬被腐蝕（3）提高化學(xué)反應(yīng)速率(1)制作干電池、鉛蓄電池(2)用粗鋅代替純鋅制取H2，反應(yīng)速率快(3)Fe與Cu相連接，處于電解質(zhì)溶液中，Cu受保護(hù)【例1】 氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如右圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定，請(qǐng)回答：(1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是_，在導(dǎo)線(xiàn)中電子流動(dòng)方向?yàn)開(kāi)(用a、b表示)。(2)負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)。(3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)開(kāi)。解析(1)原電池的工作原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。由于燃料電池的電池反應(yīng)式就

7、是它燃燒的化學(xué)方程式，所以該燃料電池的電池反應(yīng)式為：2H2O2=2H2O，其中氫元素從零價(jià)升至1價(jià)，失去電子，即電子從a流向b。(2)負(fù)極為失去電子的一極，即H2失電子生成H，由于溶液是堿性的，故電極反應(yīng)式左右應(yīng)各加上OH。(3)鉑粉的接觸面積大，可以加快化學(xué)反應(yīng)速率。(4).Li從零價(jià)升至1價(jià)，作還原劑。.H2O中的H從1價(jià)降至H2中的零價(jià)，作氧化劑。答案(1)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苡蒩到b(2)2H24OH4e=4H2O或H22OH2e=2H2O(3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率(4)LiH2O【體驗(yàn)1】 下列裝置能夠組成原電池的是 ()。解析構(gòu)成原電池要有四個(gè)基本

8、條件：電解質(zhì)溶液、兩個(gè)活潑性不同的電極并插入電解質(zhì)溶液中構(gòu)成閉合回路、可以自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。四個(gè)條件相互聯(lián)系，不能孤立。B項(xiàng)中電極均為Cu，D項(xiàng)中所用乙醇為非電解質(zhì)，不可。答案AC1原電池正負(fù)極的判斷要點(diǎn)二要點(diǎn)二 |原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 原電池有兩個(gè)電極，一個(gè)是正極，一個(gè)是負(fù)極，判斷正原電池有兩個(gè)電極，一個(gè)是正極，一個(gè)是負(fù)極，判斷正極和負(fù)極的方法是：極和負(fù)極的方法是：(1)由組成原電池兩極的電極材料判斷。一般是活潑性強(qiáng)由組成原電池兩極的電極材料判斷。一般是活潑性強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為的金屬為負(fù)極，活潑性較弱的

9、金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。正極。(2)根據(jù)外電路中電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流是根據(jù)外電路中電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流是由正極流向負(fù)極；電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極。由正極流向負(fù)極；電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極。(3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子移向的極是正極，陰離子移向的極是負(fù)極。(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷，原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。(5)依據(jù)現(xiàn)象判斷。溶解的一極為負(fù)極，增重或者有氣體放出的一極為正極。原電池正、負(fù)極的判斷圖示：(1)一般電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)2電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式

10、的書(shū)寫(xiě)【例2】 關(guān)于如圖所示的原電池，下列說(shuō)法正確的是()。A電子從鋅電極通過(guò)電流表流向銅電子從鋅電極通過(guò)電流表流向銅 電極電極B鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中 遷移遷移C鋅電極發(fā)生還原反應(yīng)，銅電極發(fā)鋅電極發(fā)生還原反應(yīng)，銅電極發(fā) 生氧化反應(yīng)生氧化反應(yīng)D銅電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是銅電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H 2e=H2解析由原電池裝置圖可知，負(fù)極為Zn，發(fā)生反應(yīng)：Zn2e=Zn2；正極為Cu，發(fā)生反應(yīng)：Cu22e=Cu。鹽橋中的陰離子向ZnSO4溶液中遷移；陽(yáng)離子向CuSO4溶液中遷移。所以正確答案為A項(xiàng)。答案A【體驗(yàn)2】 根據(jù)下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池：2FeCl3

11、Fe=3FeCl2。要求：(1)畫(huà)出此原電池的裝置圖，裝置可采用燒杯和鹽橋。(2)注明原電池的正、負(fù)極和外電路中電子的流向。_(3)寫(xiě)出兩個(gè)電極上發(fā)生的電極反應(yīng)。_思路點(diǎn)撥根據(jù)原電池的構(gòu)成條件發(fā)生還原反應(yīng)的一極作正極(或在正極上發(fā)生還原反應(yīng))，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極作負(fù)極(或在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng))。解析分析題目所給反應(yīng)知，固體鐵中鐵元素的化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)作原電池的負(fù)極；FeCl3中鐵元素的化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，但因FeCl3易溶于水，不能直接作電極，所以要選用一種活動(dòng)性比鐵弱且與FeCl3溶液不反應(yīng)的固體作輔助電極，這里可以采用石墨棒或銀棒等。左、右兩個(gè)半電池中電解質(zhì)溶液依次為Fe

12、Cl2溶液、FeCl3溶液，兩個(gè)半電池要用裝有飽和KCl溶液的鹽橋溝通。答案(1)裝置圖如下：(2)電池的正負(fù)極及外電路中電子的流向如上圖所示。(3)負(fù)極(Fe)：Fe2e=Fe2正極(C或Ag)：2Fe32e=2Fe21鋅錳干電池要點(diǎn)三要點(diǎn)三 | 認(rèn)識(shí)幾種電池認(rèn)識(shí)幾種電池 普通鋅普通鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)錳干電池的結(jié)構(gòu)負(fù)極：Zn2e=Zn2正極：2NH2e=2NH3H2總反應(yīng)式為：Zn2NH=Zn22NH3H22MnO2H2=2MnO(OH)ZnCl24NH3=Zn(NH3)4Cl2其他干電池：堿性鋅錳干電池、銀鋅紐扣電池等優(yōu)點(diǎn)：攜帶方便缺點(diǎn)：電量小，污染大2鉛酸蓄電池蓄電池的結(jié)構(gòu)蓄電池的結(jié)構(gòu)(1

13、)燃料電池：把能源中的燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。燃料電池中，氫氣、甲烷、煤氣等燃料作負(fù)極燃?xì)?；氧氣、空氣、氯氣等氧化劑作正極助燃?xì)狻?燃料電池燃料電池(2)氫氧燃料電池氫氧燃料電池構(gòu)造示意圖氫氧燃料電池構(gòu)造示意圖用氫氣和氧氣作為電極燃?xì)猓K或活性炭作電極，40%的氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液。負(fù)極反應(yīng)式：2H24OH4e=4H2O正極反應(yīng)式：O22H2O4e=4OH總反應(yīng)式：2H2O2=2H2O【例3】 控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe32I2Fe2I2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()。A反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3

14、被還原C電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負(fù)極解析反應(yīng)開(kāi)始后，乙中石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為2I2e=I2，為氧化反應(yīng)，A說(shuō)法正確；甲中石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為2Fe32e=2Fe2，F(xiàn)e3被還原，B正確；電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，電極上得到和失去的電子數(shù)相等，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，C正確；電流計(jì)讀數(shù)為零(反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài))后，在甲中溶入FeCl2固體，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，I2被還原，乙中的石墨電極為正極，D錯(cuò)誤。答案D【體驗(yàn)3】 下圖是鋅、銅和稀硫酸形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書(shū)卡片上記錄如下：序號(hào)：序號(hào)：28時(shí)間

15、：時(shí)間：2011.4.5實(shí)驗(yàn)后的記錄：實(shí)驗(yàn)后的記錄：Zn為正極，為正極，Cu為負(fù)極為負(fù)極H向負(fù)極移動(dòng)向負(fù)極移動(dòng)電子流動(dòng)方向?yàn)殡娮恿鲃?dòng)方向?yàn)閆nCuCu極有極有H2產(chǎn)生產(chǎn)生若有若有1 mol電子流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)，則產(chǎn)生電子流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)，則產(chǎn)生的的H2為為0.5 mol正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：Zn2e=Zn2卡片上的描述合理的是()。A B C D解析構(gòu)成原電池的正極是Cu，負(fù)極是Zn，故錯(cuò)誤；電子從負(fù)極Zn流出，流向正極Cu，H向正極移動(dòng)，在Cu上得電子：2H2e=H2，故錯(cuò)誤、正確；此原電池負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Zn2e=Zn2，錯(cuò)誤；總反應(yīng)方程式：Zn2H=Zn2H2，當(dāng)有1 mol e通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生H2為0

16、.5 mol，故正確。答案B【體驗(yàn)4】 燃料電池是使氣體燃料氧化直接產(chǎn)生電流的裝置，燃料電池的研究是本世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入丁烷，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3(三氧化二釔)的ZrO2(二氧化鋯)晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2。試回答下列問(wèn)題：(1)該電池放電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：_。(2)該燃料電池的電極反應(yīng)式為：正極：13O252e=26O2負(fù)極：2C4H1026O252e=8CO210H2O則固體電解質(zhì)中的O2向_極移動(dòng)(填“正”或“負(fù)”)。(3)某金屬的相對(duì)原子質(zhì)量為52.00，用上述電池電解該金屬的一種含氧酸鹽的酸性水溶液時(shí)，陽(yáng)

17、極每放出3 360 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氧氣，陰極析出金屬10.4 g，在該含氧酸鹽中金屬的化合價(jià)為_(kāi)，在該實(shí)驗(yàn)中，若不考慮能量的損失，電池中消耗丁烷的質(zhì)量最少是_g(結(jié)果精確至0.01 g)。答案(1)2C4H1013O2=8CO210H2O(2)負(fù)(3)31.34 【案例】 小強(qiáng)家的電線(xiàn)晚上出了問(wèn)題，一處銅線(xiàn)和鋁線(xiàn)的接頭處“長(zhǎng)滿(mǎn)了灰色、綠色的粉末”。只有鋁銅接頭處易生銹嗎？不同金屬的接頭處都易生銹嗎？解析通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：在相同的條件下，比較同種金屬相接和不同種金屬相接，各自接口處銹蝕的程度即可回答。答案找來(lái)銅絲、鋁絲、鐵絲和鋅條，將四種不同金屬兩兩相連，同種金屬與同種金屬間也相連，共組合成10組導(dǎo)線(xiàn)接頭。把它們共同放置在室外某處，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的風(fēng)吹雨淋之后，再觀察它們生銹的情況。幾個(gè)月后出現(xiàn)的現(xiàn)象應(yīng)是：不同種金屬的接口處銹蝕比較嚴(yán)重。