課程名稱：電池 編授教師： 中興國中 楊秉鈞.

Presentation on theme: "課程名稱：電池 編授教師： 中興國中 楊秉鈞."— Presentation transcript:

1 課程名稱：電池 編授教師： 中興國中 楊秉鈞

2 伏打 Alessandro Volta 西元1745－1827
 伏打電池 伏打 Alessandro Volta 西元1745－1827 電壓單位： 伏特 V

3 青蛙腿的啟示  伏打電池： （1）歷史起源：  青蛙腿的啟示：義大利人賈法尼解剖青蛙時，青蛙腿碰到不同 金屬時，青蛙腿發生了抽搐現象  他認為是動物組織產生電，他稱為『動物電』  檢流計的符號 G，便是為了紀念 。 檢流計 galvanometer 賈法尼 西元 1737－1798 年 Luigi Galvani

4 伏打的舌頭  伏打電池： （1）歷史起源：  伏打的舌頭：伏打認為電流不是青蛙產生的  是因 產生電。 斷路 通路  舌頭無刺痛感
 伏打電池： （1）歷史起源：  伏打的舌頭：伏打認為電流不是青蛙產生的  是因 產生電。 兩種不同的金屬接觸 斷路 通路  舌頭無刺痛感  舌頭有刺痛感

5 第一個化學電池  伏打電池： （2）第一個化學電池：  發明者： （西元1800年）  製作：銀、鋅圓形板中間夾含食鹽水的濕抹布，堆成圓柱。 伏打 串聯

6 化學電池原理  伏打電池： （3）化學電池（伏打電池）原理：  電池是 能轉變成 能的裝置  角色： 、 、 。（兩金屬不可相同）  兩極： 負極：活性 的金屬  電子。  正極：活性 的金屬  電子。 化學 電 金屬 B Zn Ag 金屬 A 電解質 大 放出 小 得到 e I ⊕ e 五個串聯 I e  e I

7 負極可能發生效應  伏打電池： （3）化學電池（伏打電池）原理：  負極（ ）可能發生的效應：  。  半反應： 。（解離成離子及電子）  。 電極 A 放電子（解離） 電解質負離子放出電子 （負離子向負極移動） mA 導體導電 電子移動 負極放電子傾向者：  電極 A  電解質中的負離子  電解質導電 離子 移動 An+ Cm+ Dn-

8 正極可能發生效應  伏打電池： （3）化學電池（伏打電池）原理：  正極（ ）可能發生的效應：  。  。  半反應： 。
 伏打電池： （3）化學電池（伏打電池）原理：  正極（ ）可能發生的效應：  。  。  半反應： 。 電極 B 得電子 ( 若不得時，作為電流導出 ) 電解質中，正離子得到電子 （正離子向正極移動） mA 導體導電 電子移動  正極得電子傾向者：  電極 B  電解質中的正離子 ⊕ 電解質導電 離子 移動 An+ Cm+ Dn-

9 水果電池  伏打電池： （4）其他形式的化學電池：水果電池：  電極：選用以二活性差異大的金屬片（差異愈大，電流愈大）  電解質：水果中含有檸檬酸、酒石酸等電解質 （媒體：1，6’3”） ⊕  ⊕  串 聯

10 回到過去  伏打電池： （5）回到過去討論：  青蛙腿的啟示：  銅線（ ）/ 鐵線（ ）＋ 。  伏打的舌頭：  鋅片（ ）/ 銅片（ ）＋ 。  伏打電池：  鋅板（ ）/ 銀板（ ）＋ 。 電解質 二不同金屬 ⊕  青蛙皮膚黏液  ⊕ 舌頭上的唾液  ⊕ 食鹽水

11  伏打電池應用 －鋅銅電池

12 鋅銅電池 I  鋅銅電池： （1）實驗裝置：  電極：二不同金屬片  負極： ， 電子  正極： ， 電子  電解質：  電極分別置入含有 金屬 離子的電解質水溶液中 a.鋅片置入 。 b.銅片置入 。  U 形管：稱 。  裝 水溶液 。  檢流計或安培計：  指針偏轉方向＝ 的方向。 e Zn 放出 Cu 得到 相同  ⊕ 鹽橋 鹽橋 易解離鹽類 KNO3、NaNO3、KCl NH4NO3、NH4Cl… 無色 藍色 電子流

13 鋅銅電池 解離  鋅銅電池： （2）放電過程討論：自發過程  負極：  負極 ： 電子，質量變化： 。  甲杯濃度變化： ；顏色變化： 。（仍無色）  半反應： 。 Zn 放出 減少 增加 不變 鋅片電極 進入電解質 進入導線   鋅極解離 平衡原則：  原子不滅  電荷不滅

14 鋅銅電池 析出  鋅銅電池： （2）放電過程討論：  正極：  正極 ： 電子，質量變化： 。  乙杯濃度變化： ；顏色變化： 。  半反應： 。 正極 Cu 本身不得電子 得到 Cu 增加 減少 變淡藍色   來自電解質 來自導線 析出在正極 平衡原則：  原子不滅  電荷不滅 有銅析出 濃度 減少

15 鋅銅電池  鋅銅電池： （2）放電過程討論：  檢流計偏向： 的方向。（讀數變化 ）  電子由 ，經G，向 流動。  電流由 ，經G，向 流動。 電子流 漸小 Zn Cu Cu Zn e I  

16 鋅銅電池  鋅銅電池：  鹽橋功用：  維持 。 無鹽橋，成 。  維持 。  硝酸根離子向 杯；鉀離子向 杯。  鹽橋中正離子移向電池 極；負離子移向 極 （媒體：1，2’42”） 通路 斷路 （電流為 0 ） 電中性 甲 乙 正 負  ⊕ 甲杯： 因負極鋅片解離 使鋅離子過多 乙杯： 因電解質銅離子析出， 使硫酸根離子過多

17 鋅銅電池  鋅銅電池： （2）放電過程討論：  電池反應：  負極放電子  負極常 （解離成 ）  正極得電子  正極常 。  電池反應：為正極、負極半反應之總和 （電子數消去） （媒體：1） 解離 離子 金屬析出 Zn2＋ 2e－  Cu2＋  外電路 內電路 ： ） ⊕： 全反應：

18 鋅銅電池 放電過程比較 負極 正極 物質 半反應 全反應 電極重量 電解質 溶液濃度 溶液顏色 電子流向 電流流向

19 鋅銅電池的充電討論  鋅銅電池： （3）充電過程討論：非自發過程，與放電過程相反  充電接法：  電池的正極與鋅銅電池的 極連接。  電池的負極與鋅銅電池的 極連接。 正 負  ⊕ e 鋅片有鋅析出， 質量增加 硫酸鋅濃度減少 顏色不變  ⊕ 銅片解離溶解， 質量減少 硫酸銅濃度增加 顏色更藍 全反應： （媒體：1，3’12”）

20 氧化還原反應的定義  氧化還原反應的定義： （1）狹義的定義：涉及 的得失  ：物質得氧者，擔任 劑  ：物質失氧者，擔任 劑 （2）廣義的定義：涉及 的得失  ：物質失去電子者，擔任 劑  電池 極  ：物質得到電子者，擔任 劑  電池 極 氧 氧化 還原 還原 氧化 CuO 被還原 Zn 被氧化 電子數 氧化 還原 負 還原 氧化 正 Cu2+ 被還原 Zn 被氧化

21 範例解說 1.敘述下表電池之實驗設置、放電過程及電池反應： 電池 說明 反應式 Zn/Ag 負極 正極 全反應 Cu/Ag Zn Ag Cu

22 範例解說 2. 附圖為銅銀電池的裝置，則： （原子量：Ag＝108，Cu＝63.5）  銅極 電子，是 極  銅極減少的質量 銀極增加的質量。  鹽橋內的NO3－游向 燒杯  甲燒杯內的溶液顏色逐漸 。 放出 負 兩極總質量 隨時間增加 ＜ 甲 （鹽橋離子， 向電池極 ） 變深 e e  ⊕ 質量減 質量增 Ag+ Cu2+ 變深藍色 不變色

23 範例解說 解離 析出 ⊕  ⊕  解離  ⊕ 析出 串聯
3.（ ）為增加電壓，將兩個鋅銅電池連接，如圖，則電極 C 反應式？ （A）Zn→Zn2＋＋2e－ （B）Zn2＋＋2e－→Zn （C）Cu→Cu2＋＋2e－ （D）Cu2＋＋2e－→Cu。 A 解離 Zn Cu 析出 ⊕  ⊕  4.（ ）如附圖電池有電流通過，下列敘述何者錯誤？ 　（A）幾分鐘後，X 板重量漸減 　（B）Y 板重量增加 　（C）X 板為負極， Y 板為正極 　（D）取下鹽橋，安培計上的讀數增加 D 解離  ⊕ 析出 （媒體：1，4’ ；2，5’46”）

24  生活中的電池

25 乾電池（碳鋅電池）  乾電池（碳鋅電池）： （1）發明者：1865年 法國人勒克朗舍發明，後經改良而來 （2）構造：  負極： 。正極： 。  以 為正極導出電流，電解液以 為主。 Zn MnO2 碳棒 NH4Cl ： 成分 功用 Zn 負極 MnO2 正極 電壓 1.5V 碳棒 導出電流 石墨 減少電阻 氯化銨 電解質 氯化鋅 防止鋅腐蝕 瀝青 封口防水蒸發 鐵殼 MnO2、NH4Cl 、澱粉..的糊狀物 碳棒 鋅殼 金屬 外包殼 ⊕ 

26 乾電池（碳鋅電池）  乾電池（碳鋅電池）： （3）注意：  電壓隨使用降低、電壓不穩、不適合大電流放電、功率小  儲放時間過久，會有鋅殼腐蝕、水分蒸發、電解液溢漏情形  發展最早、產量高、用途廣的電池 （4）規格及大小： 皆為 1.5V 5號 4號 3號　 2號　　　 1號 George Leclanché 1839－1882 手提音響 勒克朗舍 遙控器 相機 掛鐘 熱水器

27 鹼性電池  鹼性電池： （1）外觀、尺寸、組成、電壓與碳鋅電池近似 （2）鹼性電池與碳鋅電池比較： 項目 碳鋅電池 鹼性電池 相 似 性
 鹼性電池： （1）外觀、尺寸、組成、電壓與碳鋅電池近似 （2）鹼性電池與碳鋅電池比較： 項目 碳鋅電池 鹼性電池 相 似 性 負極 鋅 正極 二氧化錳 電壓 1.5 伏特 1.54 伏特 充電性 不可充電 差 異 電解質 氯化銨（弱酸） 氫氧化鉀（強鹼） 電壓穩定性 較差 較佳 使用電流 較小 較大 低溫使用 使用壽命 較短 較長 價格 較便宜 較貴

28 Fig. from http://www.carbasics.co.uk/how_to_change_a_car_battery.htm
鉛蓄電池的組成  鉛蓄電池：（ 、 ） （1）組成：  電極： 負極： 。 正極： 。  電解液：  正負極交互配置，增加與硫酸接觸面積  每槽電壓 伏特，三槽電壓共 伏特。可充電。  隔板：有 作用 鉛酸電池 電瓶 鉛 Pb 二氧化鉛 PbO2 H2SO4 2 6 絕緣 串聯

29 鉛蓄電池的組成   鉛蓄電池： （2）放電反應： 2e－  SO42- H＋ 外電路 內電路 ： ⊕： 全反應： 電極產物
 鉛蓄電池： （2）放電反應： H＋ 2e－  SO42-  外電路 內電路 ： ⊕： 全反應： 電極產物 二電極 +電解質

30 鉛蓄電池的組成  鉛蓄電池： （3）充電法：  將 能轉換成 能，是放電過程的可逆反應。  使用電源：限用 電源。 不可。  連接法： 直流電源正極接鉛蓄電池之 極  直流電源負極接鉛蓄電池之 極 電 化學 直流 交流電 正 負 e e ⊕  e ⊕ 

31 鉛蓄電池的組成  鉛蓄電池： （4）充電與放電過程比較： 過程 放電過程 充電過程 正極變化 負極變化 硫酸溶液 能量轉換 充電接法 特性
 鉛蓄電池： （4）充電與放電過程比較： 過程 放電過程 充電過程 正極變化 負極變化 硫酸溶液 能量轉換 充電接法 特性  必須定期補充蒸餾水、 有硫酸漏出、酸霧逸出困擾  可測量硫酸密度變化以判定充電的程度 PbO2→PbSO4；變重 PbSO4 →PbO2 ；變輕 Pb →PbSO4；變重 PbSO4 → Pb ；變輕 濃度變小，密度變小 pH 變大 濃度變大，密度變大 pH 變小 化學能  電能 電能化學能 正極接正極，負極接負極

32 鋰離子電池  鋰離子電池： （1）組成：正極為鋰金屬氧化物；負極為碳 （2）特點：  輸出電壓高（3.7 V）  重量輕  供電時間長  較無記憶效應  壽命長  自我放電性低 （3）用途： 手機、照相機、筆記型電腦 記憶效應： 指電池使用一段時間後，充電容量減少的情形

33 電池的分類 （原電池） （蓄電池） （不可充電電池） （充電電池） 鉛蓄電池 鎳氫電池 鋰離子電池 鎳鎘電池 乾電池 鹼性電池 水銀電池
充電次數有限 乾電池 鹼性電池 水銀電池 鉛蓄電池 鎳氫電池 鋰離子電池 鎳鎘電池 （原電池） （蓄電池） （不可充電電池） （充電電池）

34 範例解說 放電中 1.如圖是鉛電池的簡圖及燈泡中電子（e－）的流動方向，試問：  圖中電池的正極為 ，負極為 。
 圖中電池的正極為 ，負極為 。  A的材料為 ，B　的材料為 ，電解液為 。  電池在放電或充電中？ 。  電池的化學能增加或減少？ 。  A電極生成固體的 ，B電極生成 色的 。  電解液濃度逐漸 ，電池的電壓逐漸 。 B A Pb PbO2 H2SO4 放電 減少 PbSO4 白 PbSO4 變小 變小 放電中  ⊕

35 課程結束