第10讲 原电池-【寒假自学课】2023年高一化学寒假精品课（鲁科版2019必修第二册）

第10讲 原电池 ( 知识导航 ) ( 知识 预习 ) 一、化学反应能量转化的重要应用——化学电池 1.观察思考 初识氢氧燃料电池 人们不仅利用氢气、氧气反应产生的热能为火箭升空提供动力，还通过电池利用氢气、氧气反应产生的电能为航天器供电。下图是一个简易的氢氧燃料电池的实验装置示意图。请用图a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验，记录观察到的实验现象。 实验现象：b装置中电流表指针发生明显偏转。 燃料电池中发生的反应：2H2 + O2 = 2H2O。 2.原电池的构成 3．形成原电池的条件 二、设计简单的原电池 1．探究活动 设计电路及依据 实验现象 氧化还原反应： 铜片上有大量的无色气泡产生并逸出，锌片不断溶解，电流表指针发生偏转 确定负极 选择负极反应物：Zn 选择负极材料：Zn 确定正极 选择正极反应物：H＋ 选择正极材料：Cu 形成闭合回路 选择离子导体：H2SO4 选择电子导体，：导线 2.工作原理分析 (1)分析装置图并填空 (2)原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。 分析：较活泼的金属做负极失电子发生氧化反应，电子由负极流向较不活泼的一极（正极）；溶液中氧化性较强的阳离子，在正极得电子，发生还原反应，内电路（电解质溶液）中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。 (3)原电池中阴阳离子及电子的移动方向 ①外电路：电子由负极流向正极，与电流方向相反。 ②内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由正流向负极。具体情况如图所示。 三、发展中的化学电源 1．锌锰干电池 （1）酸性锌锰干电池 负极材料：Zn 正极材料：碳棒 电解质溶液：ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质 电极反应为：负极 Zn－2 e－＝Zn2＋ 正极 2NH4＋＋2e－＝2NH3＋H2 正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝[Zn(NH3)4]2+ 拓展：（2）碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池是电解液由原来的中性变为离子导电性能更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增加，使放电电流大加幅度提高。碱性干电池的容量和放电时间比普通干电池增加几倍。 负极材料：Zn 正极材料：碳棒 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO+H2O 电极反应：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－ 总反应：Zn＋MnO2＋2H2O===ZnO+Mn(OH)2 2.铅蓄电池 铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，用含锑5%～8%的铅锑合金铸成格板，在正极格板上附着一层PbO2，负极格板上附着海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。 放电时电极反应为： 负极：Pb＋－2e＝PbSO4↓ 正极：PbO2＋4H+＋＋2e＝PbSO4↓＋2H2O 充电时电极反应为： 阳极：PbSO4＋2H2O－2e＝PbO2＋4H+＋ 阴极：PbSO4＋2e＝Pb＋ 蓄电池放电和充电的总反应式： Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) 目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，性能良好，价格低廉，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中，缺点是比较笨重。 3．氢氧燃料电池 （1）基本组成与特点 （2）类型 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＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池反应式 2H2＋O2===2H2O 四、原电池原理的应用 1.加快氧化还原反应的速率 (1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。 (2)实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。 2.比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。即活动性：负极(金属)>正极(金属)。 3.用于保护金属 使被保护的金属制品与比其活泼的金属相连接，作原电池正极而得到保护。例如，在大海中航行的轮船，钢制船壳上常镶嵌一定量的锌块，锌块与钢铁外壳形成原电池，锌作负极，铁作正极被保护。 4．设计原电池 (1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧