第1講

原電池新人教版化學選擇性必修一第四章化學反應與電能第一節原電池復習導入1.原電池：化學能轉化成電能的裝置2.構成條件①兩個能導電的電極②電解質溶液或熔融電解質（離子導體）④能自發進行氧化還原反應一般為兩種活動性不同的金屬或金屬與能導電的非金屬（石墨等）③電極間形成閉合回路實驗4-1雙液

-鹽橋原電池

缺點：原電池中的氧化反應和還原反應沒有完全隔開，鋅與其接觸的硫酸銅溶液發生反應，電流會逐漸衰減。不能產生持續穩定電流。對原電池工作原理的進一步探究：如下圖是原電池，如果用它做電源，不但效率較低，而且時間稍長電流就很快減弱，因此不適合實際應用。是什么原因造成的呢？有沒有什么改進措施？深入探究：1.氧化劑和還原劑直接接觸:在單液原電池中，氧化劑和還原劑直接接觸，導致電子的轉移不經過外部電路，從而使得電流衰減較快。??2.負極鋅片周圍的溶液帶正電荷?：隨著反應的進行，負極鋅片周圍的溶液帶正電荷，阻止鋅失去電子變成鋅離子進入溶液，導致電流減小。??3.鋅片表面變得光滑?：在反應過程中，鋅片表面逐漸變得光滑，難以吸附電子，這也是電流衰減的一個原因。4.在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內阻，使電流不能暢通1.雙液-鹽橋原電池

鹽橋裝有含KCl飽和溶液的瓊脂(只出不進)作用：①連接內電路，形成閉合回路②平衡電荷，溶液保持電中性③避免電極與電解質溶液直接反應，產生持續穩定的電流瓊膠的固定作用可以防止KCl溶液直接流出來。1.雙液-鹽橋原電池優點：

把氧化和還原反應完全隔離，在不同區域之間實現電子的定向移動；能持續、穩定地產生電流；最大限度地將化學能轉化為電能。2.雙液原電池實驗現象有鹽橋存在時，電流表指針偏轉,取出鹽橋，電流表指針不再偏轉雙液原電池的不足【實驗探究】組裝單液、雙液銅鋅原電池，測定電流，比較大小。【實驗結論】單液原電池電流較大；雙液原電池的電流較小。雙液原電池電流小的原因：①離子運動的距離長②離子運動的通道窄③離子容量小雙液原電池的改進縮短鹽橋長度增大鹽橋截面積增大離子濃度……隔膜隔膜原電池陽離子交換膜：只允許陽離子通過陰離子交換膜：只允許陰離子通過質子交換膜：只允許H+通過隔膜的作用將兩電極區隔離，防止反應選擇性通過離子，平衡電荷、形成閉合回路分離物質或除雜隔膜類型陽離子交換膜陰離子交換膜質子交換膜3.鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過,下列有關敘述正確的是(

)。A.銅電極上發生氧化反應B.電池工作一段時間后,甲池的c()減小C.電池工作一段時間后,乙池溶液的總質量增加D.陰、陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動,保持溶液中電荷平衡C課堂小結名稱單液原電池雙液原電池隔膜原電池優點缺點電流強1.能量轉化率低2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短1.內阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換1.能量轉化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長1.能量轉化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長3.內阻小，電流強原電池的正負兩極判斷1.負極：失電子，化合價升高，發生氧化反應，作還原劑

正極：得電子，化合價降低，發生還原反應，作氧化劑（負氧正還）2.電子流出的是負極，電流流出的是正極3.陰離子向負極移動，陽離子向正極移動4.活潑金屬為負極，不活潑金屬/非金屬為正極5.質量減小的是負極，質量增加或者質量不變，有氣泡產生的是正極2.原電池原理的應用

如在Zn與稀硫酸的反應體系中加入少量CuSO4溶液，Zn能置換出少量Cu，在溶液中Zn、Cu、稀硫酸構成原電池，可以加快產生H2的速率。1.加快氧化還原反應速率2.比較金屬活動性的強弱活潑金屬為負極，不活潑金屬/非金屬為正極質量減小的是負極，質量增加或者質量不變，有氣泡產生的是正極特例：Mg/Al/NaOH溶液形成的原電池中

特例：Cu/Fe/濃硝酸形成的原電池中2.原電池原理的應用3.設計原電池2.原電池原理的應用設計原電池：Cu+2Ag+

＝2Ag+Cu2+Fe+2Fe3+=3Fe2+典例精講根據原電池工作原理，將下列氧化還原反應設計成原電池：2Fe3++2I-2Fe2++I2答案D1.控制合適的條件，將反應2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2設計成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A．反應開始時，乙中石墨電極上發生氧化反應B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原C．電流計讀數為零時，反應達到平衡狀態D．電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，則乙中的石墨電極為負極2.把a、b、c、d四種金屬浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池，若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產生大量氣泡；b、d相連時，b極上產生大量氣泡，則四種金屬的活動性順序為()A．a>b>c>dB．a>c>d>bC．c>a>b>dD．b>d>c>a答案B3.某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述中，正確的是()A．電池工作時，鹽橋中的Cl－向負極移動B．負極反應式：2H＋＋2e－=

H2↑C．工作一段時間后，兩燒杯中溶液pH均不變D．Fe作正極，發生氧化反應答案A

模塊二化學電源二、化學電源1.化學電源

將化學能變成電能的裝置廣泛應用于移動、照相機、計算器、遙控器、汽車、衛星等。優點能量轉換效率高，供能穩定可靠可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便易維護，可在各種環境下工作。二、化學電源2.電池優劣的判斷標準

比能量比功率電池的可儲存時間的長短［單位：(w·h/kg)，(w·h/L)］指電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少[單位：（W/kg，W/L)]指電池單位質量或單位體積所能輸出功率的大小.除特殊情況外，質量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電池，更易滿足使用者需求。二、化學電源3.化學電源的分類

放電之后不能充電（內部的氧化還原反應無法逆向進行）一次電池一次電池的電解質溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。常見一次電池有普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、銀鋅電池等。二、化學電源一次電池正極負極電解質溶液e-+-逐漸消耗不斷被還原電池電壓逐漸降低，最后失效鋅錳干電池二、化學電源一次電池鋅錳干電池負極：Zn—2e—===Zn2+正極：2MnO2+2NH4++2e—=2MnOOH+2NH3↑總反應：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+2MnOOH容易漏液（鋅外殼變薄；糊狀NH4Cl顯酸性與鋅反應）產生氨氣膨脹鋅錳干電池的缺點:二、化學電源一次電池堿性鋅錳干電池濕的氫氧化鉀NH4Cl糊狀電解液負極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-總反應：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)二、化學電源一次電池紐扣式銀鋅電池正極:Ag2O;負極：Zn;電解質:

KOH溶液Zn－2e-＋2OH－＝Zn(OH)2Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2負極:正極:總反應式:二、化學電源

放電時所進行的氧化還原反應，在充電時又逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態。汽車用鉛酸蓄電池鎳氫電池二次電池（充電電池）二、化學電源正極：PbO2

負極：Pb

電解質溶液：稀硫酸總反應：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電負極：Pb+SO42-－2e-==PbSO4正極：PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2O二次電池鉛酸蓄電池放電過程中，負極質量變化

，稀H2SO4的濃度

。增大減小放電總反應：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電鉛酸蓄電池充電

PbO2作正極充電：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4，硫酸濃度不斷增大正、負極質量均增加對點訓練B二、化學電源二次電池鋰電池總反應：正極：

負極：

LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2＋Cy放電充電負極材料：嵌鋰層狀石墨(LixC6)正極材料：鈷酸鋰(Li1-xCoO2)電解液：鋰導電有機電解液LixCy－xe－＝xLi++CyLi1-xCoO2+xLi+

+xe-＝LiCoO2二、化學電源燃料電池將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑(如氧氣）的化學能連續不斷地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,排放的廢棄物少。

反應物不儲存在電池內部，由外設設備提供燃料和氧化劑。二、化學電源燃料電池氫氧燃料電池酸性電解質堿性電解質負極反應2H2－4e—＝

4H+2H2＋4OH—－4e—＝4H2O正極反應O2

＋4H+

＋4e—＝2H2OO2＋2H2O＋4e—

＝

4OH—總反應2H2+O2

＝2H2O反應后溶液PH升高反應后溶液PH降低以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環境下電極反應式的書寫方法：(1)酸性介質(如H2SO4)負極：____________________________________________；正極：____________________________________________；總反應式：________________________________________。(2)堿性介質(如KOH)負極：____________________________________________；正極：____________________________________________；總反應式：________________________________________。CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋===4H2OCH4＋2O2===CO2＋2H2OCH4＋2O2＋2OH－===CO32-＋3H2OCH4－8e－＋10OH－===CO32-＋7H2O2O2＋8e－＋4H2O===8OH－(3)固體電解質(高溫下能傳導O2－)負極：____________________________________________；正極：____________________________________________；總反應式：________________________________________。（4）熔融碳酸鹽燃料電池（電解質是Li2CO3－K2CO3的混合物熔鹽，導電離子是碳酸根離子）負極：____________________________________________；正極：____________________________________________；總反應式：________________________________________。CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O2O2＋8e－===4O2－CH4＋2O2===CO2＋2H2OCH4＋2O2===CO2＋2H2O2O2+4CO2+8e－===4CO32-CH4－8e－＋4CO32-===5CO2＋2H2O乙烷燃料電池1.酸性電解質2堿性電解質甲醇燃料電池乙醇燃料電池【思考交流】構造示意圖如圖所示。該電池以稀土金屬材料作電極，兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導O2－。固體電解質燃料電池正極反應式負極反應式總反應式CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2OO2＋4e－===2O2－CH4＋2O2===CO2＋2H2O

熔融碳酸鹽燃料電池正極反應式負極反應式總反應式BA

2CO＋O2===2CO2

對點訓練電化學氣敏傳感器可用于監測環境中NH3的含量，其工作原理示意圖如圖，寫出電極a的電極反應式：

。2NH3＋6OH－－6e－=N2＋6H2O

寫出正負極電極反應式A某化學興趣小組將兩個完全相同的銅片分別放入體積相同均為2L、濃度不同的CuSO4