精品教学教案设计 | Excellent teaching plan

（5）铁和铜一起用导线相连插入浓硝酸中 镁和铝一起用导线相连插入氢氧化钠中

思考：如何根据氧化还原反应原理来设计原电池呢？

2+2+

请将氧化还原反应 Zn + Cu = Cu + Zn设计成电池：

硫s

硫酸铜

硫酸

硫酸铜

此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。 其中，用到了盐桥 什么是盐桥？

盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。 盐桥的作用是什么？

可使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出减少了Cu2+而带上了负电。

盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。

导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。

三、原电池的工作原理：

育人犹如春风化雨，授业不惜蜡炬成灰

精品教学教案设计 | Excellent teaching plan

正极反应：得到电子 （还原反应） 负极反应：失去电子 （氧化反应） 总反应：正极反应+负极反应

想一想：如何书写复杂反应的电极反应式？ 较繁电极反应式=总反应式-简单电极反应式

例：熔融盐燃料电池具有高的放电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合

0

物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，已制得在650C下工作的燃料电池，试完成有关的电极反应式：

2-? 负极反应式为：2CO+2CO3-4e-=4CO2

2-正极反应式为：2CO2+O2+4e-=2CO3 电池总反应式：2CO+O2=2CO2

四、原电池中的几个判断 1.正极负极的判断：

正极：活泼的一极 负极：不活泼的一极 思考：这方法一定正确吗？ 2.电流方向与电子流向的判断

电流方向：正→负 电子流向：负→正 电解质溶液中离子运动方向的判断

阳离子:向正极区移动 阴离子:向负极区移动 练习：下列哪些装置能构成原电池？

练习：

某原电池的总反应的离子方程式为：

3+2+

2Fe+Fe == 3Fe，

不能实现该反应的原电池组成是（ ）

A、正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl3溶液 B、正极为碳，负极为铁，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液 C、正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液 D、正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO4溶液 练习：

育人犹如春风化雨，授业不惜蜡炬成灰

精品教学教案设计 | Excellent teaching plan

宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的是：（ ） A．H2为正极，O2为负极

-B．电极反应（正极）：O2+2H2O+4e- =4OH

-C．电极反应（负极）：2H2+4OH=4H2O-4e- D．负极发生氧化反应，正极发生还原反应 练习：

下列关于原电池的叙述正确的是（ ）

A、构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属 B、原电池是将化学能转变为电能的装置

C、原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原 D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极

第二节 化学电源

一、化学电池的种类 化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液，和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。化学电池放电到一定程度，电能减弱，有的经充电复原又可使用，这样的电池叫蓄电池，如铅

蓄电池、银锌电池等；有的不能充电复原，称为原电池，如干电池、燃料电池等。

下面介绍化学电池的种类：

1．干电池：普通锌锰干电池的简称，在一般手电筒中使用锌锰干电池，是用锌皮制成的锌筒作负极兼做容器，中央插一根碳棒作正极，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；电池顶端用蜡和火漆封口。在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂?吸收正极放出的H2，防止产生极化现象，即作去极剂?，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率。

2+

电极反应为：负极 Zn－2 e?＝Zn

?

正极 2NH+4＋2 e＝2NH3＋H2

H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O

育人犹如春风化雨，授业不惜蜡炬成灰

精品教学教案设计 | Excellent teaching plan

2+

2+

正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn＋4NH3＝[Zn?NH3?4]

干电池的总反应式：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2＝Zn?NH3?2Cl2＋Mn2O3＋H2O

或 2Zn＋4NH4Cl＋2MnO2＝[Zn?NH3?2]Cl2＋ZnCl2＋Mn2O3＋H2O 正极生成的氨被电解质溶液吸收，生成的氢气被二氧化锰氧化成水。干电池的电压1?5 V—1?6 V。在使用中锌皮腐蚀，电压逐渐下降，不能重新充电复原，因而不宜长时间连续使用。这种电池的电量小，在放电过程中容易发生气涨或漏液。而今体积小，性能好的碱性锌—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。

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

3

板上附着海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液?密度为1?25—1?28 g / cm?中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。放电的电极反应为：

?

负极：Pb＋SO2-4－2e＝PbSO4↓

?

正极：PbO2＋4H＋SO2-4＋2e＝PbSO4↓＋2H2O

+

铅蓄电池的电压正常情况下保持2?0 V，当电压下降到1?85 V时，即当放电进行到硫酸

3

浓度降低，溶液密度达1?18 g / cm时即停止放电，而需要将蓄电池进行充电，其电极反应为：

阳极：PbSO4＋2H2O－2e?＝PbO2＋4H＋SO2-4

+

阴极：PbSO4＋2e?＝Pb＋SO2-4

当密度增加至1?28 g / cm时，应停止充电。这种电池性能良好，价格低廉，缺点是比较笨重。

蓄电池放电和充电的总反应式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O

充电 放电

3

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，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。 3．银锌蓄电池

银锌电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。目前，有一种类似干电池的充电电池，它实际是一种银锌蓄电池，电解液为KOH溶液。

常见的钮扣电池也是银锌电池，它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极盒一端充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液，溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜，将电极与电解质溶液隔开。

负极：Zn＋2OH?－2e?＝Zn?OH?2

正极：Ag2O＋H2O＋2e?＝2Ag＋2OH?

银锌电池跟铅蓄电池一样，在使用?放电?一段时间后就要充电，充电过程表示如下：

阳极：2Ag＋2OH?－2e?＝Ag2O＋H2O

阴极：Zn?OH?2＋2e?＝Zn＋2OH?

育人犹如春风化雨，授业不惜蜡炬成灰

精品教学教案设计 | Excellent teaching plan

总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O Zn?OH?2＋2Ag

放电 充电

一粒钮扣电池的电压达1?59 V，安装在电子表里可使用两年之久。

4．燃料电池：燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池，所以燃料电池也是化学电源。它与其它电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮存在电池内，而是在工作时，不断地从外界输入，同时把电极反应产物不断排出电池。因此，燃料电池是名符其实地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”。燃料电池的正极和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成。从负极连续通入氢气、煤气、发生炉煤气、水煤气、甲烷等气体；从正极连续通入氧气或空气。电解液可以用碱?如氢氧化钠或氢氧化钾等?把两个电极隔开。化学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。燃料电池的特点是能量利用率高，设备轻便，减轻污染，能量转换率可达70%以上。

当前广泛应用于空间技术的一种典型燃料电池就是氢氧燃料电池，它是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，碳电极上嵌有微细分散的铂等金属作催化剂，如铂电极、活性炭电极等，具有很强的催化活性。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。

电极反应式为：负极 H22H

2H＋2OH?－2 e?＝2H2O

正极 Ｏ2＋2H2O＋4 e?＝4OH? 电池总反应式为：2H2＋Ｏ2＝2H2O

另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷?燃料?和氧气?氧化剂?。电极反应式为：

负极：CH4＋10OH－8e?＝CO2-3＋7H2O；

－

正极：4H2O＋2O2＋8e?＝8OH?。

电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O

目前已研制成功的铝—空气燃料电池，它的优点是：体积小、能量大、使用方便、不污染环境、耗能少。这种电池可代替汽油作为汽车的动力，还能用于收音机、照明电源、野营炊具、野外作业工具等。

5．锂电池：锂电池是金属锂作负极，石墨作正极，无机溶剂亚硫酰氯?SO2Cl2?在炭极上发生还原反应。电解液是由四氯铝化锂?LiAlCl4?溶解于亚硫酰氯中组成。它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应，生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。 8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S

锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其它金属作负极相比较，能在较小的体积和质量下能放出较多的电能，放电时电压十分稳定，贮存时间长，能在216?3—344?1K温度范围内工作，使用寿命大大延长。锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起博器上，以及作为火箭、导弹等的动力资源。

微型电池：常用于心脏起搏器和火箭的一种微型电池是锂电池。这种电池容量大，电压稳定，能在?56?7℃—71?1℃温度范围内正常工作。 6．海水电池

1991年，我国首创以铝─空气─海水电池为能源的新型电池，用作海水标志灯已研制成功。 该电池以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，其能量比干电池高20─50倍。负极材料是铝，正极材料可以用石墨。

育人犹如春风化雨，授业不惜蜡炬成灰