第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 一、原电池的工作原理 1、原电池的构成条件 (1)定义：能把 化学能 转化为 电能 的装置。 (2)实质：利用能自发进行的 氧化还原 反应将化学能转化为电能。 (3)构成条件：①两个 活泼性不同 的电极；② 电解质 溶液；③形成 闭合 回路；④自发进行的氧化还原 反应。 2、实验4-1：锌铜原电池的工作原理 装置示意图 注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶 现象 锌片 逐渐溶解 ，铜片上 有红色物质生成 ，电流表指针发生 偏转 能量转换 化学能 转化为 电能 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的 Zn 失去电子形成 Zn2＋ 进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的 Cu2＋ 获得电子变成 Cu 沉积在铜片上 电子或离子 移动方向 电子： 负 极流向 正 极 盐桥： Cl— 移向ZnSO4溶液， K＋ 移向CuSO4溶液 工作原理， 电极反应式 负极：Zn－2e－===Zn2＋( 氧化 反应) 正极：Cu2＋＋2e－===Cu( 还原 反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu (1)Zn ZnSO4半电池：在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被 氧化 ，锌原子失去电子，形成Zn2＋进入溶液，即Zn－2e－===Zn2＋；从锌片上释放出的 电子 ，经过导线流向铜片。 (2)Cu CuSO4半电池：CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到 电子 ， 还原 为铜单质并沉积在铜片上，即Cu2＋＋2e－===Cu。 (3)盐桥的作用：电池工作时，盐桥中的 Cl－ 会移向ZnSO4溶液， K＋ 移向CuSO4溶液，使两溶液均保持电中性。当取出盐桥后，形成断路，反应停止。 3、原电池工作原理 (1)原理图解 (2)电极名称与反应类型：正极→ 还原 反应；负极→ 氧化 反应。 (3)电子流向：负极→正极。 (4)电流方向：正极→负极。 (5)离子流向：阳离子→ 正 极；阴离子→ 负 极。 4、原电池的应用 (1)加快氧化还原反应的速率：构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。 例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成 Cu ，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生 H2 的速率。 (2)比较金属活动性强弱 例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是 负极 、b是 正极 ，且金属活动性： a>b 。 (3)设计原电池 例如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 ①化合价升高的物质 负极：Cu ②活泼性较弱的物质 正极：C ③化合价降低的物质 电解质溶液：FeCl3 示意图 一、化学电源概述 一次电池 1、化学电源的分类 (1)一次电池：也叫做 干电池 ，放电后不可再充电。 (2)二次电池：又称 可充电 电池或蓄电池，放电后可以 再充电 使活性物质获得再生。 (3)燃料电池：连续地将 燃料 和 氧化剂 的化学能直接转化为电能的化学电源。 2、判断电池优劣的主要标准 (1)比能量： 单位质量 或 单位体积 所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 (2)比功率：单位质量或 单位体积 所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 (3)电池可储存时间的长短。 3、化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的 重金属 、酸和碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、 水源 等造成严重的污染。 废弃电池 要进行回收利用。 4、化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如 镍氢 电池、 锂离子 电池等。 5、一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极： 锌 正极： 石墨棒 电解质溶液： 氯化铵和氯化锌 负极反应物： 锌粉 正极反应物： 二氧化锰 电解质溶液： 氢氧化钾 工作 原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2O ... ...
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