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電化電池與雙電池

電化電池與雙電池. 台中縣明道高級中學 程明亮老師 陳義忠老師. 電化電池與雙電池. 單元目標： 能瞭解電化電池的原理。 能說出電化電池各部分名稱及反應， 並計算電池電位差。 能辨別電池的順向串聯與反向串聯， 並計算總電位差。 能瞭解電池順向串聯與反向串聯的 一些相關應用。. 電化電池的原理. 將磨亮的鋅片放入 1M 硫酸銅溶液中. 氧化半反應： Zn → Zn 2+ + 2e – ( 鋅片逐漸溶解 ). 還原半反應： Cu 2+ + 2e – →Cu ( 銅附著在鋅片上 ). Zn. CuSO 4(aq ).

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  1. 電化電池與雙電池 台中縣明道高級中學 程明亮老師 陳義忠老師

  2. 電化電池與雙電池 單元目標： • 能瞭解電化電池的原理。 • 能說出電化電池各部分名稱及反應，並計算電池電位差。 • 能辨別電池的順向串聯與反向串聯，並計算總電位差。 • 能瞭解電池順向串聯與反向串聯的一些相關應用。

  3. 電化電池的原理 將磨亮的鋅片放入1M硫酸銅溶液中 氧化半反應： Zn → Zn2+ + 2e– (鋅片逐漸溶解) 還原半反應： Cu2+ + 2e–→Cu (銅附著在鋅片上) Zn CuSO4(aq) 電子得失直接在金屬表面進行，析出紅色的銅。 能量以熱能方式釋放，故溶液溫度逐漸上升。

  4. 兩燒杯中的氧化還原反應 缺乏鹽橋，未能構成通路，故無法產生電流。

  5. Zn2+ 此裝置稱為鋅銅電池 NO3– Na+ NO3– Na+ 利用鹽橋形成通路，儲存於物質中的化學能轉變成電能。 思考問題：想一想鹽橋有那兩項主要功能?

  6. 電化電池兩極的定義 物理學上：訂正、負兩極 化學上 ：訂陰、陽兩極

  7. 檢流計 鹽橋：NaNO3(aq) _ + 陽 陰 氧化 還原 Mg(NO3)2 CuSO4

  8. 結論一 凡是能將化學能轉換成電能的裝置，稱為化學電池或電化電池。常用的有： 一次電池：乾電池、鹼性電池、 一次鋰電池。 二次電池：鉛蓄電池、鎳鎘電池、 鎳氫電池、可充電鋰電池。

  9. 取自三民書局高中化學課本 標準還原電位及其測定 電化學測量電位的標準狀態： (1)溫度維持在25℃ (2)各離子的濃度為1 M (3)若有氣體物質，使其壓力維持在1大氣壓。 選定標準氫氣電極為參考電極， 即 還原電位：E0=0.00伏特

  10. 標準還原電位的測定 0.34V 0.00V 0.46V 0.00V e- e- Cu2+比H+ 容易得到e–，兩者 還原電位相差0.34伏特。 故得 Ag+比Cu2+ 容易得到e–，兩者 還原電位相差0.46伏特。 故得

  11. 利用測出之標準還原電位值比較不同金屬在水中的活性利用測出之標準還原電位值比較不同金屬在水中的活性 H2 H2 H2 無H2產生 水蒸氣 熱水或 冷水 酸 酸 K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe CoNiSnPb Cu Hg Ag Pt Au 還原力 弱 強

  12. 電化電池標準電位差的計算 Mg2+ Ni2+ Cu2+ Ag+ 氫 -2.38 -0.23 0.34 0.80 標準還原電位值(V) 鎂銅電池的標準電位差： ΔE0 = 0.34V - (-2.38V)= 2.72V 或 ΔE0 = 2.38V - (-0.34V)= 2.72V 鎳銀電池的標準電位差： ΔE0 = 0.80V - (-0.23V) = 1.03 V 或 ΔE0 = 0.23V - (-0.80V) = 1.03 V

  13. 參考電極改變時，產生的影響 Mg2+ Ni2+ Cu2+ Ag+ 氫 -2.38 -0.23 0.34 0.80 -2.72 標準還原電位值(V) -0.57 0.00 0.46 鎂銅電池的標準電位差： ΔE0 = 0.00V - (-2.72V)= 2.72V 或 ΔE0 = 2.72V - (-0.00V)= 2.72V 鎳銀電池的標準電位差： ΔE0 = 0.46V - (-0.57V) = 1.03 V 或 ΔE0 = 0.57V - (-0.23V) = 1.03 V

  14. 結論二 選定某一標準電極為參考電極，可測量出不同物質的還原電位值，當參考電極改變時，各物質的還原電位值跟著改變。 電化電池的電位差△E0=較高還原電位-較低還原電位(或 △E0=較高氧化電位-較低氧化電位) 參考電極改變時，雖會影響半電池的電位E0值，但並不影響電化電池的△E0值。

  15. 如何自製微型鎂銅電池 材料：1M硫酸銅溶液 50mL 鎂帶或鎂箔 15~20㎝ 銅片(2㎝×6㎝) 1片 附鱷魚夾導線 (紅、黑)各1條 底片空盒 1個 0.5~6V,10mA馬達風扇 1個 動腦想一想：如何組合可以啟動馬達風扇? 示範影片

  16. 自製電池Ⅱ---備長炭電池 備長炭由日本「備中屋長左衛門」的商店於 十八世紀開發成功，須具備以下三個基本條件： • 碳化材料必須為馬目堅木 • 碳化溫度必須達到攝氏1000~1200℃以上 • 碳元素含量可達93~96% 示範實驗：利用備長炭、鋁箔紙及飽和食鹽水 來做一個簡單的電化電池。 示範影片

  17. 由半電池組合成雙電池 Ni2+ Cu2+ Ag+ Zn2+ 標準還原電位值(V) -0.76 -0.23 0.34 0.80 電池Ⅰ 電池Ⅱ

  18. 雙電池 (-) (+) 氧化 還原 e- (陰極) (陽極) V △E0=1.56V+0.57V (+) (-) e- (陰極) (陽極) 氧化 還原 此種串接方式稱順向串聯，兩電池均維持電化電池角色 總電壓=兩電池個別電位差之和

  19. 雙電池 (-) (+) 氧化 還原 e- (陽極) (陰極) V △E0=1.56V – 0.57V (-) (+) e- (陰極) (陽極) 氧化 還原 此種串接方式稱反向串聯，此時鎳銅電池被迫進行原反應 之逆反應，故無法發揮電化電池功能，變成電解電池(或 稱電解槽) 總電壓 = 較大電位差 - 較小電位差

  20. 順向串聯的生活應用 因單一電池的電壓較小，故常將數顆電池順向串聯，以提高總電壓，符合不同商品的電壓需求。 常見的如手電筒、手提音響、MP3…等。

  21. 反向串聯的生活應用 汽車經常因忘了關燈而電能耗盡，此時 解決的方法有二： • 對此電能耗盡的電池進行充電，約需30分鐘。 • 請別人的車保持在發動狀態來幫忙啟動，約需5分鐘。 無論那一種方式，均是利用兩條粗鱷魚夾電 線，將兩邊+極與+極相接，-極與-極相接。

  22. 反向串聯與電解裝置的類比 電化電池 (-) (+) e- (陽極) (陰極) △E0=1.56V – 0.57V V 電解電池 (-) (+) e- (陰極) (陽極)

  23. 雙電池探討示範實驗 材料： 3號1.5V乾電池 3~4顆 3號電池座 3~4個 電池座連接線 2條 附鱷魚夾導線(紅、黑) 各3條 0.5~6V,10mA馬達風扇 1個 請按我 示範影片

  24. 評量一：依序寫出鎂銅電池裝置各部分名稱 及溶液組成，並寫出兩燒杯半反應 檢流計 鹽橋：NaNO3(aq) _ + 陽 陰 氧化 還原 Mg(NO3)2 CuSO4

  25. 評量二： 右列半反應電位值是以氫氣電 極為參考電極所測得 (1)四個金屬還原力由大至小為________________________ (2)若改以鎳為參考電極，則 E01變為_______, E02變為_______, E04變為_______, Mg > Ni > Cu > Ag 1.03V 0.57V -2.15V 此時鎳銀電池的電位差ΔE01=_______， 鎂銅電池的電位差ΔE02=_______， 將此二電池的鎳極與鎂極相接，銅極與銀極相接，則 總電壓ΔE03=_______ 。 1.03V 2.72V 1.69V

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