《原電池原理及應(yīng)用》PPT課件.ppt

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1、,原電池原理及其應(yīng)用,問題1:下列裝置中靈敏電流計(jì)上是否有電流通過?下列裝置是否為原電池?,構(gòu)成原電池條件,電解質(zhì)溶液,活潑性不同的兩電極,形成閉合回路,問題2：有電流說明有電能產(chǎn)生, 電能是怎樣轉(zhuǎn)化來的?,例1、Zn、 Cu作兩極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液的原電池中：Cu作____極, Zn作____極 電極反應(yīng)式是：負(fù)極___________, 正極_____________, 總反應(yīng)式是___________________________,正,負(fù),Zn -2e-= Zn 2+,2H++2e-=H2,Zn +H2SO4= Zn SO4+H2,,,1、原電池的反應(yīng)原理,,自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),

2、,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,,2、原電池電極的判斷,,負(fù)極相對活潑-失電子-電子流出-發(fā)生氧化反應(yīng),,正極相對不活潑-得電子-電子流入-發(fā)生還原反應(yīng),知識拓展：,原電池是由兩個半電池組成的；半電池包括電極材料和電解質(zhì)溶液，兩個隔離的半電池通過鹽橋連接起來。半電池中的反應(yīng)就是半反應(yīng)即電極反應(yīng)。所以半電池又叫電極。,鹽橋：在U型管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊脂做成的凍膠。,這種裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，稱為原電池（Primary Cell）,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。這樣可以大大提高 電池效率。

3、,原電池電極反應(yīng)式的書寫注意事項(xiàng)：（1） 找出兩極放電的物質(zhì)，負(fù)氧正還。（2）要注意溶液的酸堿性，適當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊添加H+、OH、H2O，以遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒。（3）要注意電極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。,小結(jié),原電池應(yīng)用,負(fù)極（鋅筒） ：Zn-2e-=Zn 2+,正極（石墨） ： 2NH4+ +2e-= 2NH3+ 2H2,總反應(yīng)：Zn+2NH4+=Zn 2++2NH3+2H2,1、鋅-錳干電池(酸性）,常用電池的電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)式書寫,2、鉛蓄電池,負(fù)極Pb：Pb+ SO42- -2e- = PbSO4,正極PbO2：PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbS

4、O4+2H2O,總反應(yīng)：,鈕扣電池：不銹鋼制成一個由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，已知電池內(nèi)Zn的氧化產(chǎn)物為ZnO，,3、銀-鋅電池,負(fù)極：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O,正極：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH-,總反應(yīng)： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag,電極: Pt制作的惰性電極,電解質(zhì)溶液: KOH溶液,負(fù)極: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O,正極: O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,總反應(yīng)：2H2+ O22H2O,

5、拓展創(chuàng)新,氫氧燃料電池,若為酸性介質(zhì)，試寫出電極反應(yīng)式？,思考:,負(fù)極：2H2 - 4e- 4H+ 正極: O2+ 4H+ + 4e- 2H2O,4、新型燃料電池(氫氧燃料電池/甲烷電池/ 煤氣電池/海水-空氣電池),,5、海水電池（電解質(zhì)溶液為海水）,負(fù)極：4Al-12e=4Al3+， 正極：3O2+6H2O+12e=12OH 總反應(yīng)：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,6、鋰電池（非水有機(jī)溶劑電解液）,負(fù)極：2Li-2e=2Li+，正極：I2+2e=2I， 總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI,跟相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比，使用壽命延長，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。,1

6、、,2、,,金屬陽離子,失e-,氧化反應(yīng),金屬腐蝕的類型,,化學(xué)腐蝕,電化腐蝕,,析氫腐蝕,吸氧腐蝕,（常見普遍）,金屬腐蝕及防護(hù),金屬原子,金屬腐蝕的本質(zhì)：,3、,金屬腐蝕：,是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（氧化還原）而腐蝕損耗的過程。,鋼鐵表面形成的微小原電池示意圖,鋼鐵的腐蝕,鋼鐵的析氫腐蝕示意圖,鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖,Fe2O3 nH2O,（鐵銹）,通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。,析氫腐蝕,吸氧腐蝕,條件,水膜呈酸性。,水膜呈中性或酸性很弱。,CO2+H2OH2CO3 H++HCO 3-,電極反應(yīng),負(fù)極Fe(- ),Fe-2e=Fe2+,2Fe-4e=2Fe2+,

7、正極C(+),2H++2e=H2,O2+2H2O+4e=4OH-,總反應(yīng):,Fe+2H+=Fe2+,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,聯(lián)系,鋼鐵腐蝕的防護(hù)：,例6：,改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如將Cr、Ni等金屬加進(jìn)鋼里制成合金鋼。,,A.,C.,銅的金屬活動性比氫小，因此不宜被氧化；,B.,D.,它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；,2000年5月，保利集團(tuán)在香港拍賣會上花費(fèi)3000多萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是Cu2(OH)2CO3這三件1760年銅鑄的

8、國寶在240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因的分析，最可能的是,環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；,（ D ）,它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；,2.金屬表面覆蓋保護(hù)層,3.電化學(xué)保護(hù)法,原理：,原理 ：,如油漆、油脂等，電鍍（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化 物薄膜）作保護(hù)層。,隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。,犧牲陽極的陰極保護(hù)法,形成原電池反應(yīng)時，讓被保護(hù)金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。,犧牲陽極的陰極保護(hù)法示意圖,練習(xí)：下列裝置中的純鋅棒都浸在相同濃度的稀硫酸中，鋅棒腐蝕速度從快到慢的順序是 A B C

9、D ,,D,在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下： 電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有防腐措施的腐蝕 防腐措施由好到壞的順序如下： 外接電源的陰極保護(hù)法犧牲陽極的陰極保護(hù)法有一般防腐條件的腐蝕無防腐條件的腐蝕,小結(jié),例1：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高能、輕便、無污染的優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時的總反應(yīng)都可以表示為2H2+O2=2H2O，酸式電池中電解質(zhì)是酸，其負(fù)極反應(yīng)可表示為____________，則其正極反應(yīng)式為_______________。堿式電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式為__________________，則其負(fù)極反應(yīng)可表示為___

10、______________________ 。,2H2-4e-+4OH-=4H2O,2H2-4e-=4H+,O2+4e-+4H+=2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,例2：氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然使用方便，卻受到價格和來源的限制。常用的燃料往往是某些碳?xì)浠衔?，如：甲烷、汽油等。請寫出圖中甲烷燃料電池中a極的電極反應(yīng)式： ， 此時電池內(nèi)總的反應(yīng)式 。,,CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,例3：有人設(shè)計(jì)出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總

11、反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是（ ） 每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole- 負(fù)極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式： CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O 負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為： O2+2H2O+4e-=4OH- 電池放電后，溶液PH不斷升高 A. B. C. D.,A,例4：已知下列原電池的總反應(yīng)式，Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2，請寫出電極反應(yīng)式 負(fù)極：________________ 正極：_______________ 例5：將上題中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池。畫出裝置圖并注明電極材料及電

12、解質(zhì)溶液。,,2Fe3+ + 2e- =2Fe2+,Cu -2e- =Cu2+,例6：蓄電池在放電時起原電池的作用，在充電時起電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分別在充電和放電時發(fā)生的反應(yīng)： 下列有關(guān)愛迪生蓄電池的推斷錯誤的是( ) A放電時，F(xiàn)e是負(fù)極，NiO2是正極 B蓄電池的電極可以浸入某中酸性電解質(zhì)溶液中C充電時，陰極上的電極反應(yīng)為： D放電時，電解質(zhì)溶液中的陰離子向正極方向移動,答案：B、D。,例7、(99理綜)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的熔融鹽混合物用電解質(zhì),CO為陽極燃?xì)?空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)?制得在6500下工作的燃料電池,完成有關(guān)的電池反應(yīng)式: 負(fù)極反應(yīng)式: , 正極反應(yīng)式:O2+2CO2+4e=2CO32- 總電池反應(yīng) 式: .,2CO+2CO32--4e- =4CO2,2CO+O2=2CO2,解析：本題中CO為還原劑，空氣中O2為氧化劑，電池總反應(yīng)式為：2CO+O2==2CO2。用總反應(yīng)式減去電池負(fù)極（即題目指的陽極）反應(yīng)式，就可得到電池正極（即題目指的陰極）反應(yīng)式：O2+2CO2+4e-== 2CO32- 。,