化学原电池教案

2021-06-10 教案

　　化学电源

　　1. 普通锌锰电池——干电池

　　干电池是用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2黑色粉末，吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。

　　电极反应为：

　　负极：Zn-2e-=Zn2+

　　正极：2NH4++2e-=2NH3+H2

　　H2+2MnO2=Mn2O3+H2O

　　4NH3+Zn2+=2+

　　淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两极的迁移速率。

　　电池的总反应式为：

　　2Zn+4NH4Cl+4MnO2=Cl2+ZnCl2+2Mn2O3+2H2O

　　干电池的电动势通常约为1.5V，不能充电再生。

　　2. 铅蓄电池

　　铅蓄电池可以放电亦可充电，它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中；且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。

　　放电时起原电池的作用，电极反应为：

　　当放电进行到硫酸的浓度降低，溶液的密度达1.18g 时应停止使用，需充电，充电时起电解池的作用，电极反应为：

　　阳极：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-

　　阴极：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

　　当溶液的密度增加至1.28 时，应停止充电。

　　蓄电池充电和放电的总化学方程式为：

　　3. 银锌电池——钮扣式电池

　　它是用不锈钢制成的一个由正极壳和负极盖组成的.小圆盒，形似纽扣，盒内正极壳一端填充由Ag2O和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。电极反应为：

　　负极：Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O

　　正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-

　　电池的总反应式为：Ag2O+Zn=2Ag+ZnO

　　电池的电动势为1.59V，使用寿命较长。

　　4. 微型锂电池

　　常用于心脏起搏器的一种微型电池叫锂电池，它是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酸氯（SOCl2）中组成。电池的总反应式为：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO4+2S

　　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。

　　5. 氢氧燃料电池

　　氢氧燃料电池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

　　为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应为：

　　负极：2H2+4OH—-4e=4H2O

　　正极：O2+2H2O+4e-=4OH-

　　电池的总反应式为：2H2+O2=2H2O

　　6. 海水电池

　　1991年，我国首创以铝—空气—海水为能源的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为：

　　负极：4Al-12e-=4Al3+

　　正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-

　　电池的总反应式为：

　　这种海水电池的能量比“干电池”高20~50倍。

　　7. 新型燃料电池

　　该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应为：

　　负极：CH4+10OH—-8e-=CO32-+7H2O

　　正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-

　　电池的总反应式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

　　电解时电极产物的判断

　　1. 阳极产物判断

　　首先看电极，如果是活动性电极（金属活动顺序表Ag以前），则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要再看溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序判断。

　　阴离子放电顺序：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

　　2. 阴极产物判断

　　直接根据阳离子得电子能力进行判断，阳离子放电顺序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na2+>Ca2+>K+

　　3. 电镀条件，由于阳极不断溶解，由镀液中阳离子保持较高的浓度，故在此条件下Zn2+先于H+放电。

　　原电池、电解池、电镀池之比较

　　原电池

　　电解池

　　电镀池

　　定义

　　将化学能转变成电能的装置

　　将电能转变成化学能的装置

　　应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置

　　装置举例

　　形成条件

　　① 活动性不同的两电极（连接）

　　② 电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）

　　③ 形成闭合电路

　　①两电极接直流电源

　　②两电极插入电解质溶液

　　③形成闭合电路

　　①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极

　　②电镀液必须含有镀层金属的离子（电镀过程浓度不变）

　　电极名称

　　负极：氧化反应，金属失电子

　　正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子（吸氧腐蚀）

　　阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子

　　阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子

　　阳极：金属电极失电子（溶液）

　　阴极：电镀液中镀层金属阳离子得电子（在电镀控制的条件下，水电离产生的H+及OH-一般不放电）

　　电子流向

　　负极正极

　　电源负极阴极

　　电源正极阳极

　　同电解池

　　⑴同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。⑵同一电解池的阳极、阴极电极反应中得、失电子数相等。⑶串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应式时得、失电子数要相等；在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。

　　用惰性电极电解电解质溶液时的规律

　　1. 电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解。

　　阴极：

　　阳极：

　　总反应：

　　2. 分解电解质型：无氧酸（除HF外）、不活泼的无氧酸盐（氟化物除外）（如HCl、CuCl2等）溶液的电解。

　　阴极：

　　阳极：

　　总反应：

　　3. 放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（如NaCl、MgBr2）溶液的电解。

　　阴极：

　　阳极：

　　总反应：

　　4. 放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4、AgNO3等）溶液的电解。

　　阴极：

　　阳极：

　　总反应：

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