高中化学课件：4原电池

高中化学课件：4原电池

第四章 电化学基础 第一节 原电池 1、电化学： 2、从反应产物与电流的关系分类： 阅读教材P70 回答 研究化学能与电能相互转换的装置、 过程和效率的科学 ①产生电流的反应→→原电池 ②借助电流而发生的反应→→原电池 复习回顾 1、原电池是______________________的装置。 原电池反应的本质是____________________反应。 将化学能转化为电能 氧化还原反应 2、如右图所示，组成的原电池： （1）当电解质溶液为稀H2SO4时： Zn电极是____（填“正”或“负”）极， 其电极反应为_______________，该反应 是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应； Cu电极是______极，其电极反应为 _______________,该反应是_________反应。 （2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极 是____极，其电极反应为_____________， 该反应是________反应；Cu电极是____极， 其电极反应为_______________,该反应_____ 反应. 负 Zn－2e- = Zn2+ 氧化 正 2H+ +2e- =H2↑ 还原 负 Zn－2e- =Zn2+ 氧化 正 Cu2+ +2e- = Cu 还原 氧化反应 Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池 电解质 溶液 失e，沿导线传递，有电流产生 还原反应 Cu2++2e- =Cu 阴离子 阳离子 总反应： 负极 正极 Cu2++2e- =Cu Zn-2e- =Zn2+ Zn+Cu2+=Zn2++Cu Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu (离子方程式） （化学方程式） 电 极 反 应 正极： 负极： （氧化反应） （还原反应） 阳离子 外电路 内电路 1.电路： 外电路 内电路 电子流向：失电子的一极向得电子的一极 电流方向：与电子流动方向相反 阴离子流动方向与电子流动方向一致 阳离子流动方向与电流方向一致 2.电极： 正极：电子流入的一极 负极：电子流出的一极 3.电极反应式： 正极： 2H++ 2e-＝ H2↑ 负极： Zn－2e-＝ Zn2+ 4.总反应式：Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑ 锌铜原电池工作原理 提出问题： 上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸 的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长 电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造 成的呢？有没有什么改进措施？ 造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气 泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内 阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。 一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究 为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图4-1）所示 的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？ 硫酸铜 硫酸铜 此电池的优点： 能产生持续、稳 定的电流。 盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产 生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和 溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管， 用棉花都住管口即可。 实验三（书71页实验4-1） 实验探索 实验现象： 分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？ 盐桥在此的作用是什么？ 参考教材72页 第三段 有盐桥存在时电流计指针 发生偏转，即有电流通过电路。 取出盐桥，电流计指针即 回到零点，说明没有电流通过。 盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向 ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和 迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而 放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4 溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl 溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。 （2）平衡电荷。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离 子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入 ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时， CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。 溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向 铜片，造成电流中断。 请同学们思考： 上述原电池装置是将什么反应的 化学能转换成电能的？指出电池 的正负极，并分别写出其中负极 和正极的电极反应式以及该电池 的总反应方程式。 ZnSO4溶液 CuSO4溶 液 负极（锌片）： Zn－2e- =Zn2+ （氧化反应） 正极（铜片）： Cu2+ +2e-=Cu （还原反应） 电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 电池符号： Zn ︱ ZnSO4‖ CuSO4 ︱ Cu 负极 盐桥 正极 一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究 二、由两个半电池组成原电池的工作原理 （1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以 适当方式连接，可以获得电流。 ①在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向 外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从 外电路得到电子。 ②在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳 离子的定向运动而形成内电路。 练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（ ） A 移向Zn 极，阴离子移向Cu 极 B 移向Cu 极，阴离子移向Zn 极 C 和阴离子都移向Zn极 D 和阴离子都移向Cu 极 B 二、实验探究形成原电池的条件 （可以） （可以） （可以） （不可以） 形成条件一： 活泼性不同的两个电极 负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等 （可以） （不可以） 形成条件二：电极需插进电解质溶液中； 实验探究形成原电池的条件 实验探究形成原电池的条件 形成条件三：必须形成闭合回路 （不可以）可以 （2）组成原电池的条件 （1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质 或金属氧化物）作电极。  （2）电极材料均插入电解质溶液中。  （3）两极相连形成闭合电路。 CuFe H2SO4 CuZn H2SO4 CuFe NaCl溶液 CuFe NaCl溶液 CuZn 酒精 CuZn H2SO4 H2SO4 A B C D E F M nZ nZ 4OS2H N nZ Cu 4OS2Cu uC 4OS2H 1.下列哪几个装置能形成原电池？ O V XV V X X X X V A B C D 正极 Zn Cu Cu Fe 负极 Cu Zn Zn Zn 电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl 三、原电池的正负极的判断方法 微观判断 （根据电子流动方向） 电子流出的极 电子流入的极 ——负极 ——正极 较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料 质量增加的电极 工作后 质量减少的电极 ——负极 ——正极 ——正极 ——负极 工作后，有气泡冒出的电极为正极 发生氧化反应的极 发生还原反应的极 宏观判断： ①根据电极材料 ②根据原电池电极发生 的反应 ③根据电极增重还是减重 ④根据电极有气泡冒出： ——负极 ——正极 C 3.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线 两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、 d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大 量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四 种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( ) A．a > b > c > d B．a > c > d > b C．c > a > b .> d D．b > d > c > a B 4、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线 将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯 中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是 ( D ) A. 铁圈和银圈左右摇摆不定 B. 保持平衡状态 C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜 D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜 1.简单原电池电极方程式的写法 ①判断右边原电池的正、负极，并写出电极 反应式。 Cu C FeCl3溶液 负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+ 正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ A 先写出总反应：即 负极与电解质溶液反应 拆成离子方程式： 根据化合价升降判断正负极 三、电极方程式的书写 1.简单原电池电极方程式的写法 ②请写出右边原电池的电极方程式。 总反应方程式： Mg Al NaOH溶液 A 拆成离子方程式： 2Al + 2OH－ + 2H2O = 2AlO2－ + 3H2↑ 根据化合价升降判断正负极 2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑ 负极总反应: 2H2 - 4e- + 4OH- ＝4H2O 正极: 总反应－负极反应 总反应：2H2+ O2＝2H2O 负极: H2 失e－ 4H+ + 4OH- ＝4H2O 2H2 - 4e- ＝ 4 H＋ O2 + 2H2O + 4e- ＝4OH- 3.复杂原电池电极方程式的书写 方法点拨：写电极方程式的时候，要根据“得电子显负电； 失电子显正电”的原则， 利用“电荷守恒”，通过巧用H＋、OH－和水写出电极方程式 Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O 练习：写出铅酸蓄电池的电极反应： 四、原电池的设计 ①活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极 ②金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极 ③金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极 ④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt （电池的电极必须导电） 电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分 别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电 极材料具有相同的阳离子。 请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 设计成原电池。你有哪些可行方案? Cu Cu – 2e- = Cu2+ 比Cu不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO4 )3、FeCl3等 负极： 正极： 电解质溶液： 练 一 练 若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是 什么？试画出原电池的装置简图。 1.利用原电池原理设计新型化学电池； 2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫 酸反应制取氢气； 3.进行金属活动性强弱比较； 4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极 而受到保护。如在铁器表面镀锌。 五、原电池的主要应用： 5.解释某些化学现象 (1)比较金属活动性强弱。 例1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是 C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极； A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有H2气放出； B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多； D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强； （C） 原电池原理应用： (2)比较反应速率 例2 ：下列制氢气的反应速率最快的是 粗锌和 1mol/L 盐酸； B. A. 纯锌和1mol/L 硫酸； 纯锌和18 mol/L 硫酸； C. 粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。D. （ D ） 原电池原理应用： (3)比较金属腐蚀的快慢 例3：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 (5) (2) (1) (3) (4) 原电池原理应用： 例4：下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速 率由慢到快的顺序是 (4) (2) (1) (3) (4)判断溶液pH值变化 例5： 在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为 0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为———— mol,溶 液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计） 0.2 解得： y ＝0.015 (mol) x ＝0.015 (mol) ＝ ＝3.75× 10﹣ 4(mol/L ) ∴pH ＝-lg3.75 ×10－4 ＝4 -lg3.75 答：…… －0.015 根据电极反应： 正极： 负极： Zn－2e-＝Zn2+ 2H++2e- ＝H2↑ 得： 2 2 22.4 x y 0.168 解： 0.2×0.125×2c(H+)余∴ 2H+ —— 2e——H2↑ 大 0.015 原电池原理应用： (5)原电池原理的综合应用 例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、 炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启 用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开 塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发 现有大量铁锈存在。 1)“热敷袋”是利用 放出热量。 2)炭粉的主要作用是 。 3)加入氯化钠的主要作用是 。 4)木屑的作用是 。 铁被氧化 与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化 氯化钠溶于水、形成电解质溶液 使用“热敷袋”时受热均匀 原电池原理应用： 拓展练习 （1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的 现象。 两极反应式为：正极 ； 负极 。 该装置将 能转化为 能。 （2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液， 则负极为 ， 总反应方程为 。 镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转； 2H++2e—=H2↑ Mg－2e—=Mg2+ 化学能 电能 Al 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 小 结 １定义: （1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理 原电池 把化学能转化成电能的装置。 2、原电池的工作原理 较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极) 通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。 负极 正极 电子流向 电流流向 （2）形成原电池的条件 （3）原电池的正负极的判断方法 （4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）