化学能转化为电能——原电池

甲烷燃料电池
思：试写甲醇燃料电池正负极反应式？
+2CO32-
正极 负极
eZn (负) Cu (正) e-
e-
现象:锌片逐渐 溶解;铜片上有 大量气泡产物 生
Zn-2e=Zn2+
氧化反应
外电路
SO42- H+
2H++2e- =H2↑
还原反应
内电路
稀硫酸
[结论]工作原理:将化学能转变为电能. 在负极发生氧化反应,正极发生还原反应;在外电路,电子由负 极流向正极;在内电路,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动.
A
Al
X溶液
⑵当X为NaOH时，原电池反应的离子方程式：
____________________________________
____为负极,电极反应式:________________ Al 2Al+8OH- -6e- =2[Al(OH) 6H2O+6e- =3H2↑+6OH____为正极,电极反应式:________________ Mg ⑶当X溶液改为浓硝酸,Mg改为Cu，原电池反应的离 子方程式： Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O ____________________________________ Cu Cu-2e-=Cu2+ ____为负极,电极反应式:______________________ 4H++2NO3-+2e- =2NO2↑+2H Al ____为正极,电极反应式:______________________ 2O 4]
_
2Al+2OH-+2H2O=2[Al(OH) 4] +3H2↑
_
3.原电池的设计
例1. 利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设计一个单 液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图， 并写出电极反应。 G
G
Zn
(-)
Pt
(+)
Zn
盐桥
C
FeCl3 溶液
ZnCl2溶液
碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵 做电解质，结构如图1—3—8所示， 其电极反应为：
锌锰碱性电池：
锌锰碱性电池是一种新型的 干电池。负极材料由锌片改 为锌粉，正极材料为MnO2 , 还原产物为Mn2O3 ,电解质是 KOH溶液，其放电曲线如图 所示：该电池有何优点？
优点: 工作电动势稳定,电池的容量和放电时间增加了几倍
一、原电池
1.概念：把化学能转变为电能的装置叫 原电池 2.构成原电池的条件 ⑴电极:活泼性不同的两种金属(或金属与非金属) 作电极,较活泼的金属作负极. ⑵电解质溶液 ⑶形成闭合回路. (4)自发进行的氧化还原反应发生(△H<0)
3.原电池的工作原理(以Zn|H2SO4 |Cu原理池为例) ： 2e原电池反应: 2H+ + Zn = H2↑ + Zn2+
燃料电池
氢氧燃料电池
电池反应为：
燃料电池优点:
能量利用效率高、可连续 使用和污染轻等优点
在碱性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：
总反应：
在酸性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：
总反应：
氢氧燃料电池
电池反应为： 在碱性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：
在酸性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：
⑷根据电极材料判断:一般是活泼的金属作负极,不活泼的金 属或能导电非金属作正极.
⑸根据实验现象判断:能溶解的一极为负极,有气体析出或金 属单质析出的一极为正极(活泼金属作负极,酸或不活泼的金属 盐溶液作电解质溶液)
2.电极反应式的书写 ⑴原电池反应
ne-
氧化剂 + 还原剂 = 还原产物 + 氧化产物 + ⑵电极反应式： 负极：还原剂-ne-=氧化产物 正极：氧化剂+ne-=还原产物 ⑶原电池反应式=正极反应式+负极反应式 例2. 右图为Mg与Al与X溶液组成的一原电池。Mg 试按要求回答问题。 ⑴X为硫酸时，原电池总反应式(离子方程式) Mg+2H+=H2↑+Mg2+ ___________________________________ Mg-2e-=Mg2+ Mg 负极为_____,电极反应式为:_____________, Al 2H++2e-=H2↑ 正极为_____,电极反应式为______________
PbSO4 ＋2 H2O 正极：PbO2 ＋ SO42- ＋ 4 H++ 2e-
电池反应： Pb ＋ PbO2 ＋2H2SO4 == 2PbSO4 ＋2 H2O
充电时，为电解池
阳极：PbSO4 － 2e - ＋2 H2O 阴极：PbSO4 + 2e -
PbO2 ＋ SO42- ＋ 4 H+
Pb ＋ SO42-
FeCl3溶液
能产生持续、稳定电流的原电池装置
负极（Zn）： Zn-2e-=Zn2+（氧化反应） 正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）
1．盐桥的作用是什么？ 提示：盐桥的作用：避免负极失去的电子不经外电路直 接转移给溶液中得电子的微粒，降低发电效率；维持电 解质溶液中的电荷平衡；构成闭合回路．
总式： PbSO4 ＋2 H2O == Pb ＋ PbO2 ＋H2SO4
3、新型燃料电池
• 原理相同： • 工作时发生的仍然是氧化还原反应 • 特点：
• 工作时氧化剂和还原剂是从外界不断输 入的，同时将电极产物不断排出电池。
• 燃料电池是名副其实的把能源中燃料燃 烧反应的化学能直接转化为电能的“能 量转换器”。能量转换率很高。
2、铅蓄电池
负极材料：Pb 正极材料： PbO2 电解质： H SO
2
4
电池反应方程式： Pb +2H2O 不溶于水的 白色沉淀
锂电池
放电是原电池原理； 充电是电解原理
铅蓄电池：放电是原电池原理；
充电是电解原理
放电时，为原电池
负极：Pb － 2e - ＋ SO42PbSO4
二、常见问题
1.原电池的正负极判断方法. ⑴利用原电池总反应判断: ①负极:还原剂作负极或在负极反应,失电子,发生氧化反应的 一极,电子流出的一极. ②正极:氧化剂作正极或在正极反应.得电子,发生还原反应的 一极,电子流入的一极. ⑵利用电流方向判断:电流由正极流向负极
⑶根据离子定向移动判断:阳离子移向正极,阴离子移向负极.
二、化学电源（各类电池）
锂电池
干电池
叠层电池
纽扣电池
1.干电池（普通锌锰电池）
电极反应方程式：
负极： Zn – 2e = Zn
-
2+
正极： 2MnO + 2NH + 2 4 + 2e- = Mn2O3 + 2NH3↑ + H2O 反应总的方程式 2MnO2+2NH4++ Zn=Mn2O3+2NH3↑+H2O+Zn2+