教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算(教学课件）-《电动汽车动力蓄电池与管理系统》

教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 《电动汽车动力蓄电池及管理系统》 教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 教学目标 通过金属锌制取氢气的反应，引入化学原电池模型。 在理解氧化-还原反应的基础上，理解氧化-还原电对的概念。 通过锌铜原电池装置理解电池的基本原理。 掌握铅酸蓄电池基本原理与组成结构相关知识。 了解锌锰电池的一般原理与结构特点。 了解标准氢电极电位表及一般电池额定电压的估算。 教学重、难点 理解原电池的化学反应与基本原理。 氧化-还原化学反应与电极电位。 标准氢电极电位表 教学导入方法 通过化学电池原理及生活中常见电池的使用导入教学。 教学主要内容目录 教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 一、金属锌与稀硫酸制取氢气的反应 二、锌氢原电池模型 三、氧化-还原电对 四、锌铜原电池 五、铅酸蓄电池 六、锌锰电池 七、碳性锌锰干电池 八、碱性锌锰干电池 九、电池额定电压的估算 十、思考题 一、金属锌与稀硫酸制取氢气的反应 将金属锌放入稀硫酸溶液中 H2 HSO4 Zn 化学方程式： Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑ 离子方程式： Zn+2H+═Zn2++H2↑ 反应的特点是金属锌表面与溶液中的氢离子接触，金属锌失去的电子直接被溶液中的氢离子得到，生成的氢气从金属锌表面逸出，而Zn2+离子进入溶液中。 将金属锌置入稀硫酸溶液中。 现象： 金属锌表面产生大量气泡，根据金属活动性顺序表，金属锌排在氢的前面，因而可以制取氢气。 教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 简单原电池装置： 用一根铜线一端抵住金属锌，另一端浸入溶液中。 现象： 金属锌表面气泡减少，而浸入溶液的铜线一端产生大量气泡。 二、锌氢原电池模型 反应的特点是金属锌失去的一部分电子通过铜线移动到另一端，溶液中的氢离子在铜线上得到电子，生成的氢气从铜线一端表面逸出。 氧化-还原反应没有变化，但在铜线中产生了电流。 H2 HSO4 铜导线 Zn e 锌氢原电池模型装置 能通过氧化-还原反应产生电流的装置称为原电池（primary cell），其本质是把化学能转化为电能。 教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 三、氧化-还原电对 元素的氧化态与还原态彼此相互转化的共轭关系,称为氧化-还原电对，简称电对。 元素的原子在化合物中以较高化合价形态存在，称为氧化态，而以较低化合价形态存在，称为还原态。 电对的常用符号：氧化态/还原态。 -2e 还原态 氧化态 镁原子失去电子的过程称为被氧化 教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 例： 元素锌（Zn）的原子失去2个电子生成正2价的锌离子（Zn2+），则： 锌离子Zn2+为锌元素的氧化态，而原子Zn为锌元素的还原态，把两者互称为氧化-还原电对，或简称为电对，用Zn2+ /Zn表示。 同样： 氢元素可形成的电对为： H+ /H 铜元素可形成的电对为： Cu2+ /Cu Zn-2e=Zn2+ H- e=H+ Cu-2e=Cu2+ 还原态-e=氧化态 教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 注： 一些可形成多种化合价的元素，因此也可形成多种电对。 例如： 铁元素（Fe）可形成正三价铁离子（Fe3+）和正二价亚铁离子（Fe2+），可形成多种电对，如：Fe3+/ Fe2+、 Fe2+/ Fe 、 Fe3+/ Fe 。 铅元素（Pb）可形成正四价铅离子和正二价铅离子，可形成多种电对，如： Pb4+ / Pb2+ Pb2+ / Pb、 Pb4+ / Pb。 教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 四、锌铜原电池 锌铜原电池负极发生氧化反应： Zn-2e=Zn2+ 电对： Zn2+ /Zn 锌铜原电池正极发生还原反应： Cu2++2e=Cu 电对： Cu2+ /Cu 总的化学反应： Zn+CuSO4=ZnSO4 +Cu 原电池是利用一定的装置，将氧化-还原反应中得失的电子引导至外电路中形成电流。 为了提高电子转移效率，将氧化反应与还原反应分到2个容器中进行，使用盐桥来平衡离子浓度，利用溶液中离子移动，使电流形成回路，即双液原电池装置。 Zn Cu 盐桥 ZnSO4 CuSO4 铜锌原电池 e e 教学项目九 电池的基本原理与额定电压的估算 原理上，借助一定的条件，把氧化—还原反应因接触而得失的电子引导到电路中，都可以成为原电池。 条件是： 1.正、负极材料由两种活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料（石墨或某些氧化物等）组成。 2.电极之间电解质存在，利用离子的移动使电池内部导电。 3.两电极有外部