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專題1化學反應與能量轉化 第二單元化學能與電能的轉化 原電池的工作原理 判斷下列裝置能否構成原電池 并思考原電池的構成條件 知識回顧 鹽橋 內裝含KCl飽和溶液的瓊脂 離子在鹽橋中能移動 鹽橋 鹽橋的作用 溝通內電路 使連接的兩溶液保持電中性 鹽橋 此電池的優(yōu)點 能產(chǎn)生持續(xù) 穩(wěn)定的電流 溫故知新 原電池基礎知識 將化學能轉化為電能的裝置 借助氧化還原反應產(chǎn)生電流的裝置 概念 構成條件 先決條件 必須發(fā)生放熱的氧化還原反應 1 必須有兩種活潑性不同的導電材料作電極 2 兩個電極必須插入電解質溶液中 3 兩個電極必須相連并形成閉合回路 原電池由電極 電解質溶液 容器三部分組成原電池由兩個半電池組成 兩個半電池通過鹽橋連接 鹽橋 化學能轉化為電能的裝置 較活潑的金屬失去電子發(fā)生氧化反應 電子從較活潑金屬 負極 通過外電路流向較不活潑的金屬 正極 原電池工作原理 負極 M ne Mn 氧化反應 還原反應 正極 Nm me N 原電池正負極的比較 用銅片 銀片 Cu NO3 2溶液 AgNO3溶液 導線和鹽橋 裝有瓊脂 KNO3的U型管 構成一個原電池 以下有關該原電池的敘述正確的是 在外電路中 電流由銅電極流向銀電極 正極反應為 Ag e Ag 實驗過程中取出鹽橋 原電池仍繼續(xù)工作 將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池反應相同A B C D 鞏固練習1 C 練習2 根據(jù)下式所表示的氧化還原反應設計一個原電池 Cu s 2Ag aq Cu2 aq 2Ag s 裝置可采用燒杯和鹽橋 畫出此原電池的裝置簡圖 注明原電池的正極和負極 注明外電路中電子的流向 寫出兩個電極上的電極反應 負極 2e 2 正極C 2Ag 2e 2Ag C Cu AgNO3 CuSO4 e 裝置可采用燒杯和鹽橋 畫出此原電池的裝置簡圖 注明原電池的正極和負極 注明外電路中電子的流向 寫出兩個電極上的電極反應 Cu s 2Ag aq Cu2 aq 2Ag s 原電池一定要有活潑性不同的兩電極嗎 不一定 因為原電池的電極材料本身可以不參加反應 而只起到導電和做載體的作用 例如燃料電池 鞏固練習2 確定下列原電池的正負極 寫出各原電池的電極反應式和總方程式 電極方程式規(guī)律 1 遵循離子反應方程式書寫規(guī)律 2 負極還原劑發(fā)生氧化反應為氧化產(chǎn)物 正極 氧化劑的電子為還原產(chǎn)物 注意溶液的酸堿性不同 產(chǎn)物的書寫形式不同 3 氧化還原反應得失電子守恒 4 負極 正極 總反應 燃料電池 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 氫氧燃料電池 1 電極 惰性電極 石墨或Pt 2 電解質溶液 固體燃料電池 2H2 4e 2O2 2H2O O2 4e 2O2 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 原電池原理的應用 1 比較金屬的活潑性 構建原電池 測出正負極 負極金屬活潑性 正極金屬 例 把a b c d四塊金屬片浸入稀硫酸中 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(chǎn)生大量氣泡 b d相連時 d質量減輕 則四種金屬的活動性順序由強到弱的為 A a b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 2 加快某些化學反應的反應速率 氧化還原反應一經(jīng)設計成原電池 反應速率會大大加快 原電池原理的應用 答 加熱 加入Cu或CuSO4 CuCl2等 適當增大硫酸的濃度 鋅粒換用鋅粉 純鋅換用粗鋅 例1 為了加快鋅與稀硫酸反應制取氫氣的速率 可采取哪些措施 原電池原理的應用 3 制做化學電源 從理論上講 自發(fā)進行的放熱的氧化還原反應均可設計成原電池 例1 在理論上下列反應中可設計成原電池的是 A C s H2O g CO g H2 g H 0B Ba OH 2 8H2O s NH4Cl s BaCl2 aq 2NH3 H2O l 8H2O l H 0C CaC2 s 2H2O l Ca OH 2 s C2H2 g H 0D CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 0 D 練習 請根據(jù)反應2I 2Fe3 2Fe2 I2設計一個原電池 畫出裝置圖 寫出電極反應式 負極 Fe 2e Fe2 正極 2Fe3 2e 2Fe2 電解質溶液 FeCl3溶液 普通鋅錳電池 堿性電池 鎳鎘電池 小型高性能燃料電池 鎳氫電池 鋰電池 常見化學電源 紐扣電池 用途廣泛的電池 用于 神六 的太陽能電池 筆記本電腦專用電池 手機專用電池 攝像機專用電池 紐扣電池 最小燃料電池直徑只有3毫米 1 鋅銀鈕扣電池 正極 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 負極 Zn 2OH 2e ZnO H2O 總反應 Zn Ag2O ZnO 2Ag 一次電池 電極分別為Ag2O和Zn電解質溶液為KOH 化學電池 一次電池 二次電池 燃料電池 堿性鋅錳電池 鉛蓄電池 氫氧燃料電池等 鋰離子電池 銀鋅蓄電池 普通鋅錳干電池 鋅銀紐扣電池 化學電池的分類 干電池 負極 Zn 2e Zn2 負極 正極 2NH4 2e 2NH3 H2 總反應 Zn 2NH4 Zn2 2NH3 H2 2MnO2 H2 2MnO OH ZnCl2 4NH3 Zn NH3 4 Cl2 正極 2 普通干電池 3 堿性鋅 錳干電池 缺點 多數(shù)只能一次使用 不能充電 價格較貴 優(yōu)點 比能量和儲存時間有所提高 適用于大電流和連續(xù)放電 單位質量的電極材料放出電能的大小 可充電電池也稱為 電池 可以反復 電和 電 是電池發(fā)展的一個重要方向 二次 放 充 可充電電池 鉛蓄電池 鋰電池 二次電池 二次電池 鉛蓄電池 放電過程負極 氧化反應Pb SO42 2e PbSO4正極 還原反應PbO2 4H SO42 2e 2PbSO4 2H2O 充電過程陰極 接電源負極 還原反應PbSO4 2e Pb SO42 陽極 接電源正極 氧化反應2PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 2H2O 放電 充電 放電過程總反應 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 充電過程總反應 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 鉛蓄電池 用途 優(yōu)點 主要缺點 電動自行車 汽車 發(fā)電站等都要用到它 可重復使用 電壓穩(wěn)定 使用方便 安全可靠 價格低廉 可充電電池 比能量低 笨重 廢棄電池污染環(huán)境 燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的化學電池 氫氣 烴 肼 甲醇 氨 煤氣燃料電池 氫氧燃料電池 酸性電解質 堿性電解質負極 2H2 4e 4OH 4H2O正極 O2 2H2O 4e 4OH 總反應 2H2 O2 2H2O 負極 2H2 4e 4H 正極 O2 4H 4e 2H2O 總反應 2H2 O2 2H2O 燃料電池 例2 有人將鉑絲插入氫氧化鉀溶液中作電極 并在兩極片上分別通甲烷和氧氣形成電池 從而設計出一種燃料電池 該電池中通甲烷的鉑絲為極 發(fā)生的電極反應為 該電池工作時 放電 反應的總化學方程式為 電池工作時溶液的pH值將 填 不變 變小 變大 負 CH4 10OH 8e CO32 7H2O CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 變小 能量轉換效率高 供能穩(wěn)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(huán)境下工作 判斷電池優(yōu)劣的標準 比能量 符號 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 比功率 符號是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 3 電池的儲存時間的長短 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 其質量好 化學電池優(yōu)點 民用 軍用 動力電池 電池的應用 二次儲能電池應用方向 移動電站 小型蓄電 殺蟲燈 太陽能蓄電器 太陽能路燈 草坪燈 發(fā)電輔助電站 固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯 氧化釔為電解質 這種固體電解質在高溫下允許氧離子 O2 在其間通過 該電池的工作原理如圖所示 其中多孔電極a b均不參與電極反應 下列判斷正確的是 A 有O2參加反應的a極為電池的負極B b極的電極反應為 H2 2e 2H C a極的電極反應為 O2 2H2O 4e 4OH D 電池的總反應式為 2H2 O2 2H2O 減少污染節(jié)約資源 瓊脂簡介 瓊脂 學名瓊膠 又名洋菜 凍粉 燕菜精 洋粉 寒天 瓊脂是由海藻中提取的多糖體 是目前世界上用途最廣泛的海藻膠之一 用藻類制成的瓊脂是半透明 無定形的粉末 薄片或顆粒 瓊脂不溶於冷水 能吸收相當本身體積20倍的水 易溶於沸水 稀釋液在42 仍保持液狀 但在37 凝成緊密的膠凍 瓊脂為細胞壁的組成成分 含有復雜的碳水化合物 鈣與硫酸鹽 瓊脂用于食品中能明顯改變食品的品質 提高食品的檔次 可用作增稠劑 凝固劑 懸浮劑 乳化劑 保鮮劑和穩(wěn)定劑 廣泛用于制造粒粒橙及各種飲料 果凍 冰淇淋 糕點 軟糖 罐頭 肉制品 八寶粥 銀耳燕窩 羹類食品 涼拌食品等等 瓊脂在化學工業(yè) 醫(yī)學科研 可作培養(yǎng)基 藥膏基及其他用途