人教版高中化学第2讲　原电池　化学电源.doc

第2讲　原电池　化学电源
课 程 标 准
知 识 建 构
1.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2．能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3．能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如新型电池的开发等。
　一、原电池的工作原理及应用
1．概念和反应本质
原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。
2．构成条件
(1)能自发进行的氧化还原反应，一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应。
(2)电极，一般是活泼性不同的两电极。
(3)电解质溶液或熔融电解质。
(4)形成闭合回路。
3．工作原理(以铜锌原电池为例)
(1)两种装置
(2)反应原理
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
盐桥中
离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
(3)带电粒子移动方向及闭合回路的形成
(4)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
③盐桥中离子移向与电解液中离子流向保持一致。
【特别提醒】
Ⅰ、Ⅱ两种装置的比较
装置Ⅰ中Zn与Cu2＋直接接触，会有部分Zn与Cu2＋直接反应，化学能转化为热能，造成能量损耗；装置Ⅱ中，Zn在负极区，Cu2＋在正极区，不存在Zn与Cu2＋的直接反应而造成能量损耗，电流稳定，且持续时间长。
4．原电池原理的应用
(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。
(4)设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。
【诊断1】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)放热的反应都可设计成原电池(　　)
(2)在原电池中，发生氧化反应的一极是负极(　　)
(3)用Mg、Al分别作电极，用NaOH溶液作电解液构成的原电池，Mg为正极(　　)
(4)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(　　)
(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(　　)
(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√
二、化学电源
1．一次电池
只能使用一次，不能充电复原继续使用
(1)碱性锌锰干电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
负极材料：Zn。
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：碳棒。
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
(2)纽扣式锌银电池
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
电解质是KOH。
负极材料：Zn。
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：Ag2O。
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
2．二次电池
(1)铅蓄电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(2)图解二次电池的充放电
(3)二次电池的充放电规律
①充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。
②工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
3．燃料电池
(1)氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
种类
酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总
反应式
2H2＋O2===2H2O
备注
燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用