原电池.ppt
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1、原电池,原电池的定义,在高中阶段来说,原电池是将化学能直接转化为电能的一种装置。其原理也是通过化学反应(在正负极发生不同的氧化还原反应)使闭合电路中产生电子流,从而产生电流的。其中在负极发生氧化反应,正极发生还原化反应。,原电池是将化学能转变成电能的装置。所以,根据定义,普通的干电池、燃料电池都可以称为原电池。,组成原电池的基本条件,1将两种活泼性不同的金属(或导电单质)(Pt和石墨为惰性电极,即本身不会得失电子)(一种是相对较活泼金属一种是相对较不活泼金属)2用导线连接后插入电解质溶液中,形成闭合回路。3要发生自发的氧化还原反应。,原电池工作原理,原电 原电池 池是将一个能自发进行的氧化还原
2、反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路中产生电流。负极发生氧化反应,正极发生还原反应,简易记法:负失氧,正得还。,原电池的电极的判断:,负极:电子流出的一极;化合价升高的一极;发生氧化反应的一极;活泼性相对较强(有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响)金属的一极。 正极:电子流入的一极;化合价降低的一极;发生还原反应的一极;相对不活泼(有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响)的金属或其它导体的一极。 在原电池中,外电路为电子导电,电解质溶液中为离子导电。,原电池的判定:,(1)先分析有无外接电路,有外接电源的为电解池,无外接电源的可能为原电池;然后依据原电池的形成
3、条件分析判断,主要是“四看”:看电极两极为金属或导电单质且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极);看溶液两极插入电解质中;看回路形成闭合回路或两极直接接触;看本质有无氧化还原反应。 (2)多池相连,但无外接电源时,两极活泼性差异最大的一池为原电池,其他各池可看做电解池。,原电池应用,制造各种电池,原电池表示方法,原电 原电池 池的组成用图示表达,未免过于麻烦。为书写简便,原电池的装置常用方便而科学的符号来表示。其写法习惯上遵循如下几点规定:,1. 一般把负极(如Zn棒与Zn2+离子溶液)写在电池符号表示式的左边,正极(如Cu棒与Cu2+离子溶液)写在电池符号表示式的右边。 2. 以化学
4、式表示电池中各物质的组成,溶液要标上活度或浓度(mol/L),若为气体物质应注明其分压(Pa),还应标明当时的温度。如不写出,则温度为298.15K,气体分压为101.325kPa,溶液浓度为1mol/L。 3. 以符号“”表示不同物相之间的接界,用“”表示盐桥。同一相中的不同物质之间用“,”隔开。 4. 非金属或气体不导电,因此非金属元素在不同氧化值时构成的氧化还原电对作半电池时,需外加惰性导体(如 原电池 铂或石墨等)做电极导体。其中,惰性导体不参与电极反应,只起导电(输送或接送电子)的作用,故称为“惰性”电极。,按上述规定,CuZn原电池可用如下电池符号表示: (-)Zn(s)Zn2+
5、(C)Cu2+ (C) Cu(s) (+) 理论上,任何氧化还原反应都可以设计成原电池,例如反应: Cl2+ 2I- 2Cl- +I2 此反应可分解为两个半电池反应: 负极:2I- I2+ 2e- (氧化反应) 正极:Cl2+2e- 2Cl- (还原反应) 该原电池的符号为: (-)Pt I2(s)I- (C)Cl- (C)C2(PCL2) Pt(+),常见的原电池,常用原电池有锌锰干电池、锌汞电池、锌银扣式电池及锂电池等。,1 锌 原电池 锰干电池:锌锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单,价格便宜、使用方便等优点,成为人们使用最多、最广泛的电池品种。锌锰电池以锌为负极,以二氧化锰为正极。按照基
6、本结构,锌锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形,扁形电池不能单个使用,可组合叠层电池(组)。按照所用电解液的差别将锌锰电池分为三个类型:,(1)铵型锌锰电池:电解质以氯化铵为主,含少量氯化锌。 电池符号:(-) ZnNH4ClZnCl2MnO2 (+) 总电池反应: Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O,(2) 锌型锌锰电池:又称高功率锌锰电池,电解质为氯化锌,具有防漏性能好,能大功率放电及能量密度较高等优点,是锌锰电池的第二代产品,20世纪70年代初首先由德国推出。与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水,因此电池不易漏液。 电池符号:(-) ZnZnCl2M
7、nO2 (+) 总电池反应(长时间放电): Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl22ZnO4H2O+2Mn3O4,(3) 碱性锌锰电池:这是锌锰电池的第三代产品,具有大功率放电性能好、能量密度高和低温性能好等优点。 电池符号:(-) ZnKOHMnO2 (+) 总电池反应: Zn+2H2O+2MnO2=2Mn(OH)+Zn(OH)2 锌锰电池额定开路电压为1.5V,实际开路电压1.51.8V ,其工作电压与放电负荷有关,负荷越重或放电电阻越小,闭路电压越低。用于手电筒照明时,典型终止电压为0.9V,某些收音机允许电压降至0.75V。,2锂原电池:又称锂电池,是以金属锂为负极的电
8、池总称。锂的电极电势最负相对分子质量最小,导电性良好,可制成一系列贮存寿命长,工作温度范围宽的高能电池。根据电解液和正极物质的物理状态,锂电池有三种不同的类型,即:固体正极有机电解质电池、液体正极液体电解质电池、固体正极固体电解质电池。Li(CF)n的开路电压为3.3V,比能量为480WhL-1,工作温度在-5570间,在20下可贮存10年之久!它们都是近年来研制的新产品,目前主要用于军事、空间技术等特殊领域,在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用。,原电池的形成条件,(1)电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)组成。 (2)两电极必须浸泡在电解质溶液
9、中,自发的氧化还原反应。 (3)两电极之间有导线连接,形成闭合回路。,电极反应方程式的书写,负极:活泼金属失电子,看阳离子能否在电解液中大量存在。如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存,则进行进一步的反应。例:甲烷燃料电池中,电解液为KOH,负极甲烷失8个 电子生成CO2和H2O,但CO2不能与OH-共存,要进一步反应生成碳酸根。,正极:当负极材料能与电解液直接反应时,溶液中的阳离子得电子。例:锌铜原电池中,电解液为HCl,正极H+得电子生成H2。当负极材料不能与电解液反应时,溶解在电解液中的O2得电子。如果电解液呈酸性,O2+4e-+4H+=2H2O;如果电解液呈中性或碱性,O2+4e-+2
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