資源簡介

(共27張PPT)
第四章 化學反應與電能
第一節 原電池
第1課時 原電池的工作原理
硫酸銅溶液
鋅片
銅片
Zn－2e－=Zn2+
氧化反應
負極
發生溶解
Cu2++2e－=Cu
還原反應
正極
析出紅色固體
外電路
內電路
負極 沿導線 正極
正極 沿導線 負極
電子流向：
電流方向：
陽離子 正極
陰離子 負極
原電池總反應：_____________________
注意：電子不下水，
離子不上岸。
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
1.原電池的工作原理
Cu2+
Zn2+
SO42-
Cu2+
SO42-
電子導體
離子導體
由于這種原電池中氧化反應與還原反應并沒有完全隔開，鋅與其接觸的CuSO4溶液發生反應，電流會逐漸衰減
( CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu )
如何優化這種電池呢？
【交流討論】
請分析“鋅片表面附著紅色固體，電流逐漸衰減” 的原因。
解決問題的核心：使還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸
雙液
兩個溶液間缺少離子導體，無法形成閉合回路
為什么沒有電流？該如何解決？
單液
一種凝膠態的離子導體
鹽橋中通常裝有含KCl飽和溶液的瓊膠， K+和Cl-可在其中自由移動
鹽橋
隨著反應的進行ZnSO4溶液中Zn2+離子濃度增大，為使ZnSO4溶液保持電中性，鹽橋中的Cl-會移向ZnSO4溶液
隨著反應的進行CuSO4溶液中Cu2+離子濃度減小，為使CuSO4溶液保持電中性，鹽橋中的K+會移向CuSO4溶液
鹽橋的作用？請標明電子的運動方向和陰離子、陽離子的遷移方向
Cl-
K+
Zn2+
Cu2+
e-
e-
e-
e-
Zn - 2e- Zn2+
Cu2+ + 2e- Cu
（1）形成閉合回路
（2）平衡電荷
（3）避免反應物直接接觸
Zn+Cu2+ = Zn2++Cu
化合價升高→
氧化產物
失e-→
還原劑→
被氧化 →
氧化反應→
化合價降低→
還原產物
得e-→
氧化劑→
被還原→
還原反應→
氧化還原概念之間的相互關系
2.原電池的構成要素
負極 正極
電極反應
電極材料
離子導體 電子導體 Zn+Cu2+ = Zn2++Cu
應用一 加快化學反應速率
應用二 比較金屬活動性強弱
稀硫酸
A
發生溶解
產生氣泡
B
3.原電池的應用
設計思路及依據 實驗裝置
確定負極 負極材料
負極反應物 確定正極 正極材料 正極反應物 構成 閉合回路 離子導體 電子導體 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2
只允許K+或Cl-通過的隔膜
根據原電池工作原理，設計成原電池：
應用三 設計原電池
第四章 化學反應與電能
第一節 原電池
第2-3課時 化學電源
結構簡單
一次電池
反復使用
二次電池
連續工作
燃料電池
新型電池
鉛酸電池
干電池
銀鋅電池
鎳氫電池
鋰電池
單位質量或單位體積輸出的能量（比能量）或輸出功率（比功率）
判斷電池的優劣
質量小
便于
攜帶
價格
便宜
體積小
反復
使用
內阻小
連續
工作
壽命長
構造示意圖
負極材料：____
負極反應物：_____
正極材料：____
正極反應物：_________
NH4Cl糊的作用：____________
Zn
Zn
石墨
MnO2
電解質溶液
1.一次電池
（1）普通鋅錳干電池
總反應：Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl ＝ Zn(NH3)2Cl2 + 2MnO(OH)
單液電池
普通鋅錳干電池曾一度長期占據市場，但現在卻逐漸被替代，為什么呢？
原因1：會發生自放電
原因2：電解質氯化氨為酸性，會腐蝕電池的鋅筒且反應有氫氣生成，易造成電池膨脹及漏液現象
普通鋅錳干電池內部結構
Zn
石墨棒
NH4Cl
MnO2
NH4Cl
ZnCl2
A
放置不同時間后的普通鋅錳干電池
1.一次電池
（2）堿性鋅錳干電池
Zn－2e－+ 2OH －= Zn(OH)2
電解質溶液
2MnO2 + 2H2O + 2e- = 2MnO(OH) + 2OH-
總反應：Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
特點：堿性鋅錳電池比普通鋅錳電池性能好，其比能量和可儲存時間均有所提高
金屬外殼
離子型
導電隔膜
Zn粉和
KOH混合物
銅針
MnO2和
KOH混合物
負極反應：_________________________
正極反應：
______________________________________
KOH的作用：____________
2.二次電池
（1）鉛蓄電池
構造示意圖
總反應：PbO2 + 2H2SO4 +Pb 2PbSO4 + 2H2O
放電
充電
負極反應：_________________________________
正極反應：_________________________________
PbO2+4H++SO42-+2e- PbSO4+2H2O
Pb +SO42- - 2e- PbSO4
【放電過程】
特點：①電壓穩定、使用方便、安全可靠、價格低廉。②比能量低、笨重
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負極
氫氧燃料電池工作原理示意圖
正極
總反應
H2
O2
電解質溶液呈酸性(H2SO4)
(pH↓)
(pH↑)
3.燃料電池
（1）氫氧燃料電池
2H2－4e－===4H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
2H2＋O2===2H2O
負極
正極
總反應
電解質溶液呈堿性(KOH)
(pH↓)
(pH↑)
3.燃料電池
（1）氫氧燃料電池
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2H2＋O2===2H2O
3.燃料電池
特點：
①工作時，燃料和氧化劑連續地由外部供給并在電極上進行反應，生成物不斷地被排出，能連續不斷地提供電能。
②能量轉換率高，有利于節約能源。
③排放的廢棄物少，綠色環保。
燃料電池具有廣闊的發展前景。除了氫氣，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體均可作燃料電池的燃料。燃料電池將化學能轉化為電能的轉化率超過80％，遠高于轉化率僅30％ 多的火力發電，大大提高了能源的利用率。
思考：酸性(堿性)條件下，甲烷、肼、甲醇、氨作為燃料時，負極的電極反應式？
甲烷 (CH4)
肼(N2H4)
甲醇(CH3OH)
氨(NH3)
示例分析：固體氧化物燃料電池
固體氧化物燃料電池采用固體氧化物為電解質(ZrO2/Y2O3)。固體氧化物在高溫下具有傳遞O2-的能力，在電池中起傳遞O2-和分離燃料和氧化劑的作用。
負極
正極
總反應
固體氧化物燃料電池(ZrO2)
（1）氫氧燃料電池
3.燃料電池
2H2 - 4e- + 2O2－ = 2H2O
O2 + 4e- = 2O2－
2H2 + O2＝2H2O
3.燃料電池
熔融碳酸燃料電池(K2CO3)
（1）氫氧燃料電池
DALUHUAXUEGOGNZUOSHI
負極
正極
總反應
H2 - 2e- + CO32- = H2O +CO2
O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32-
2H2 + O2＝2H2O
引領電池技術革新的薄型柔性電池
柔性電池是一種可以彎曲和扭曲的電池。相比傳統的剛性電池，柔性電池在設計和使用上提供了更多的靈活性，可應用于醫療設備、生物醫學傳感器、柔性顯示器和智能手表等。
柔性電池的制作材料和技術各不相同，常見的包括鋰離子電池、固態電池、有機電池等。這些電池通常由薄膜材料構成，可通過印刷、涂布、擠出等方法制造。

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