高中化学 4_1《原电池》课件1 新人教版选修4

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第四章 电化学基础 第一节 原电池 电化学 ： 指研究化学能与电能之间相互转 换的 装置、过程 和 效率 的科学。 过程及装置分按电化学反应 2. 借助电流而发生反应及装置 ( 如 : 电解池 ) ｛ 1. 产生电流的化学反应及装置 ( 如 : 原电池等 ) 1 、原电池的定义： 2 、原电池反应的本质： 3 、构成原电池的条件： 将化学能转化为电能的装置叫做原电池。 氧化还原反应 ① 两个 活动性不同的金属 （或其中一种为 非金属，即作导体用）作电极。 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 ④在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应 Cu Zn 稀硫酸 - - - Zn 2+ H + H + 灯泡 Zn － 2e - = Zn 2+ 负极 正极 2H + +2e - =H 2 ↑ 总反应式 : Zn+2H + = Zn 2+ +H 2 ↑ 负 正 氧化反应 还原反应 现象 ： 锌棒溶解，铜棒上有气泡 原电池工作原理 Cu Zn - - - Zn 2+ H + H + 负极 正极 阳离子 阴离子 正极 负极 SO 4 2- 原电池工作原理 A e - 4 、原电池反应原理 ① 粒子流向 电子：负极→正极 电流：正极→负极 溶液中阴离子→负极 溶液中阳离子→正极 ② 电极 反应 负 极： 氧 化反应 活泼金属失电子变阳离子 正 极： 还 原反应 溶液中离子得电子 总反应：负极金属与电解质溶液的离子反应 5 、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根据电极质量的变化 ④根据电极有气泡冒出： —— 负极 —— 正极 A B C D E F M N 下列哪几个装置能形成原电池？ O V X V V X X X V V 思考与练习 CuSO 4 溶液 思考：如何才能得到持续稳定的电流？ 分析： 由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。 对锌铜原电 池工作原理的进一步探究 导线 在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池。 实验探究 锌铜原电池装置示意图 由两个半电池组成，锌 和锌盐组成锌半电池，铜和 铜盐组成铜半电池；每个半 电池中的电极与电解质溶液 互不反应，中间通过盐桥连接 形成闭合回路。 装置特点： 盐桥的作用： （ 1 ）是离子通道，与外电路的电子通道相衔接；（ 2 ）是离子库，为保持溶液电中性，氧化作用产生的 Zn 2+ 需要阴离子来补充， Cu 2+ 发生还原反应，需要阳离子来补充；而作为 KCl 饱和溶液盐桥有足够的离子供给，所以是离子库。 盐桥制法： 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 NH 4 NO 3 的饱和溶液中即可。 负极反应： Zn- 2e - = Zn 2+ 正极反应： Cu 2+ +2e - = Cu 电池总反应： Zn+Cu 2+ = Zn 2+ +Cu 锌半电池 铜半电池 氧化反应 Zn-2e - =Zn 2+ 铜锌原电池 电解质溶液 盐桥 失 e - ，沿导线传递，有电流产生 还原反应 Cu 2+ +2e - =Cu 阴离子 阳离子 负极 正极 阳离子 铜锌双液原 电 池 原 理 外电路 内电路 Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu 2e - 电极反应总式： 化学能 电能 氧化还原反应 原电池反应本质： 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，铅块作负极， PbO 2 作正极 ④惰性电极。 如氢氧燃料电池中，两根电极均可用 Pt （ 2 ）电池的电极材料必须能导电 （ 1 ）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。 6 、原电池的设计 1. 根据上述原理 , 为获得较长时间的稳定电流 , 如何将必修 2 中由“ Zn- 稀 H 2 SO 4 -Cu” 组成的原电池（如左下图）进行简单改装？ 课堂练习（ 上述原理的应用） ZnSO 4 H 2 SO 4 A Zn Cu Cu Zn H 2 SO 4 A 练习： 利用 Fe + Cu 2+ =Fe 2+ +Cu 设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。 负极 ： Fe – 2e - =Fe 2+ 正极： Cu 2+ +2e - =Cu Cu Fe CuSO 4 FeSO 4 Fe Cu CuSO 4 请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe 3+ = Cu 2+ + 2Fe 2+ 设计成原电池。 你有哪些可行方案 ? Cu Cu – 2e - = Cu 2+ 比 Cu 不活泼的金属或石墨 2Fe 3+ + 2e - = 2Fe 2+ Fe 2 (SO 4 ) 3 、 FeCl 3 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？ 2. 依据氧化还原反应： 2Ag + (aq) + Cu(s) == Cu 2+ (aq) + 2Ag(s) 设计的原电池如图所示， 请回答下列问题： （ 1 ）电极 X 的材是            ； 电解质溶液 Y 是             ； （ 2 ）银电极为电池的           极， 发生的电极反应为             ； X 电极上发生的电极反应为        ； （ 3 ）外电路中的电子是从           电极 流向            电极。 Cu AgNO 3 正 X Ag 3. 控制适合的条件，将反应 2Fe 3+ +2I - ⇌ 2Fe 2+ +I 2 设计成如右图所示的原电池。下列判断 不正确 的是 A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应    B. 反应开始时，甲中石墨电极上 Fe 3+ 被还原    C. 电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态    D. 电流计读数为零后，在甲中溶入 FeCl 2 固体，乙中石墨电极为负极 D 7 、原电池的表示方法： (-) Zn|Zn 2+ (C 1 ) ‖ Cu 2+ (C 2 )|Cu (+) “ | ” 表示液 - 固相有一界面； “ ‖ ” 表示盐桥。 在有气体参加的电池中还要表明气体的压力，溶液要表明浓度。 (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（ ） A. 甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶 解，甲上有 H 2 气放出； B. 在氧化 – 还原反应中，甲比乙失去的电子多； C. 将甲乙作电极组成原电池时甲是负极； D. 同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强； C 8 、原电池原理应用 (2) 比较反应速率快慢 例 2 ： 下列制氢气的反应速率最快的是 （ ） A. 纯锌和 1mol/L 硫酸； B. 纯锌和 18 mol/L 硫酸； C. 粗锌和 1mol/L 盐酸； D. 粗锌和 1mol/L 硫酸的反应中加入几滴 CuSO 4 溶液。 D (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) (2) (1) (3) 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， 200mLH 2 SO 4 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 值为 _________ ？（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 － 0.015 根据电极反应： 正极： 负极： Zn － 2e - ＝ Zn 2+ 2H + +2e - ＝ H 2 ↑ 得： 2 2 22.4 x y 0.168 解： 0.2×0.125×2 c (H + ) 余 ∴ 2H + —— 2e——H 2 ↑ 3.4 0.015 ＝ 4 -0.6 ＝ 3.4 (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。 “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 . 摩擦生热 , 产生启动反应的热量 , 使用“热敷袋”时受热均匀 . 化学电池的组成 组成 负极 正极 电解质 电极材料 电极上发 生反应的 物质 电子流向 反应类型 能导电的物质 还原性较强的物质 ( 多是金属电极本身 ) 氧化性较强的物质 酸溶液 碱溶液 盐溶液 或 熔融液 小结 流出电子 流入电子 氧化反应 还原反应