人教版化學選修四 原電池課件

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1、新課標人教版選修四化學反應原理第 四 章 電 化 學 基 礎 1原 電 池 2化 學 電 源 4金 屬 的 電 化 學 腐 蝕 與 防 護電 化 學 基 礎 3電 解 池氧 化 還原 反 應化 學 能 轉 化為 電 能 ， 自發(fā) 進 行 電 能 轉 化 為化 學 能 ， 外界 能 量 推 動知 識 結 構 第 一 節(jié) 原 電 池 把 化 學 能 轉 變 為 電 能 的 裝 置 叫 原 電 池要 解 決 的 問 題 ：1. 什 么 是 原 電 池 ？2. 原 電 池 的 工 作 原 理 ？（ 電 子 的 流 向 、 電 流 的 流 向 、 離 子 的 流 向 、 形成 條 件 、 電 極 的 判

2、 斷 、 電 極 反 應 的 寫 法 ） 原 電 池 及 其 工 作 原 理 ：1.定 義 ： .電 極 名 稱 ：原 電 池 相 對 活 潑 的 電 極 為 負 極相 對 不 活 潑 的 電 極 為 正 極3.電 極 反 應 ：原 電 池 負 極 ：正 極 ： 失 電 子 的 氧 化 反 應得 電 子 的 還 原 反 應從 理 論 上 說 ， 任 何 一 個 自 發(fā) 的 氧 化還 原 反 應 均 可 設 計 成 原 電 池 ?；?學 能 轉 化 為 電 能 的 裝 置 為 原 電 池 。 活 動 探 究 1實 驗 組 別 組 組 組 組蜂 鳴 器區(qū) 別結 論 響 響兩 極 材 料 不 同活

3、潑 性 不 同的 兩 個 電 極 響 不 響負 極 ： 較 活 潑 的 金 屬正 極 ： 較 不 活 潑 的 金 屬 、 石 墨 等4 原 電 池 形 成 的 條 件 ： MgCu 橙 汁H2 溶 液 導 電 性 不 同電 極 材 料 均 需 插 入 電 解 質 溶 液 中活 動 探 究 2蜂 鳴 器 組 組 組響區(qū) 別結 論 響不 響 蜂 鳴 器 組 組響區(qū) 別結 論 不 響電 解 質 溶 液 是 否 連 通兩 極 相 連 與 電 解 質 溶 液 必 須形 成 閉 合 回 路活 動 探 究 3 ： 原 電 池 的 構 成 條 件 能 自 發(fā) 地 發(fā) 生 氧 化 還 原 反 應 兩 種 活 潑

4、 性 不 同 的 電 極 電 解 質 溶 液 （ 做 原 電 池 的 內(nèi) 電 路 ， 可 能參 與 反 應 ） 形 成 閉 合 回 路負 極 ： 較 活 潑 的 金 屬正 極 ： 較 不 活 潑 的 金 屬 、 石 墨 等（ 正 極 一 般 不 參 與 電 極 反 應 ， 只 起 導 電 作 用 ） 。 5.定 向 移 動 方 向 ： 電 子 、 離 子原 電 池“負 極 給 出 電 子 ， 并 流 向 正 極 ”必 發(fā) 生失 電 子的氧 化 反 應 必 發(fā) 生得 電 子的還 原 反 應 1.電 路 ： 外 電 路內(nèi) 電 路 電 子 流 向 ： 負 極 流 向 正 極電 流 方 向 ： 正 極

5、 流 向 負 極陰 離 子 流 向 負 極陽 離 子 流 向 正 極2.電 極 ： 正 極 ： 電 子 流 入 的 一 極負 極 ： 電 子 流 出 的 一 極3.電 極 反 應 式： 正 極 ： 2H+ 2e- H2負 極 ： Zn 2e- Zn2+4.總 反 應 式 ： Zn+ 2H+ Zn2+ + H2 例 1. 下 列 哪 幾 個 裝 置 能 形 成 原 電 池 ？CuFeH2SO4CuZnH2SO4 CuFeNaCl溶 液CuFeNaCl溶 液CuZn酒 精 CuZnH 2SO4 H 2SO4A B C DE F M nZ nZ4OS2H NnZ Cu4OS2Cu CuSO 4 例

6、2. 在 盛 有 稀 H 2SO4的 燒 杯 中 放 入 用導 線 連 接 的 鋅 片 和 銅 片 ， 下 列 敘 述 正確 的 是 ( )(A)正 極 附 近 的 SO42 離 子 濃 度 逐 漸 增 大 (B)電 子 通 過 導 線 由 銅 片 流 向 鋅 片(C)正 極 有 O2逸 出 (D)銅 片 上 有 H 2逸 出D 1.某 金 屬 能 跟 稀 鹽 酸 作 用 發(fā) 出 氫 氣 ， 該 金 屬 與鋅 組 成 原 電 池 時 ， 鋅 為 負 極 ， 此 金 屬 是 ( )A.Mg B.Fe C.Al D.Cu2.由 銅 鋅 和 稀 硫 酸 組 成 的 原 電 池 工 作 時 ， 電 解

7、 質溶 液 的 pH( )A.不 變 B先 變 大 后 變 小 C逐 漸 變 大 D.逐 漸 變 小C練 習： 1.下 列 裝 置 中 能 組 成 原 電 池 形 成 電 流 的 是 ( ) AZn CuH 2SO4 CuZn A酒 精ZnH 2SO4 A CuH2SO4 ACu CuH2SO4 負 極 正 極Zn-2e-=Zn2+ 2H+ +2e-=H2還 原 劑 (Zn)失 去 電子 ， 發(fā) 生 氧 化 反 應 氧 化 劑 (H+)在 銅極 上 得 到 電 子 ，發(fā) 生 還 原 反 應 還原 劑 失 去 的電 子 從 鋅 極流 出 流 入 銅 極經(jīng) 外 電 路Zn2+H+SO42- 電 流

8、 方 向小 結 ？ 提 出 問 題 ： 上 圖 是 我 們 在 必 修 2中 學 習 過 的 將 鋅 片 和 銅 片 置 于 稀 硫 酸的 原 電 池 ， 如 果 用 它 做 電 源 ， 不 但 效 率 低 ， 而 且 時 間 稍 長電 流 就 很 快 減 弱 ， 因 此 不 適 合 實 際 應 用 。 這 是 什 么 原 因 造成 的 呢 ？ 有 沒 有 什 么 改 進 措 施 ？討 論 ：造 成 的 主 要 原 因 ： 由 于 在 銅 極 上 很 快 就 聚 集 了 許 多 氫 氣泡 ， 把 銅 極 跟 稀 硫 酸 逐 漸 隔 開 ， 這 樣 就 增 加 了 電 池 的 內(nèi)阻 ， 使 電

9、流 不 能 暢 通 。 這 種 作 用 稱 為 極 化 作 用 。 對 鋅 銅 原 電 池 工 作 原 理 的 進 一 步 探 究為 了 避 免 發(fā) 生 這 種 現(xiàn) 象 ， 設 計 如 下 圖 （ 書 P 71圖 4-1） 所 示的 原 電 池 裝 置 ， 你 能 解 釋 它 的 工 作 原 理 嗎 ？ (1)在 探 究 實 驗 的 裝 置 中 架 上 鹽 橋 連 通 ,看 有 什 么 現(xiàn) 象 ？電 流 計 指 針 回 到 零 點 ，說 明 無 電 流 ，未 構 成 原 電 池 。電 流 計 指 針 偏 轉 ，有 電 流 通 過 電 路 ，是 原 電 池 裝 置 ;(2)然 后 取 出 鹽 橋

10、 ， 又 將 看 到 什 么 現(xiàn) 象 ? 探 究 實 驗 鹽 橋 ： 在 U形 管 中 裝 滿 用 飽 和 KCl溶 液 和 瓊 膠 作 成 的 凍 膠 。ZnSO4Zn CuCuSO4A （ ） 鹽 橋 的 作 用 是 什 么 ？可 提 供 定 向 移 動 的 陰 陽 離 子， 使 由 它 連 接 的 兩 溶 液 保 持電 中 性 ， 鹽 橋 保 障 了 電 子 通過 外 電 路 從 鋅 到 銅 的 不 斷 轉移 ， 使 鋅 的 溶 解 和 銅 的 析 出過 程 得 以 繼 續(xù) 進 行 。 導 線 的 作 用 是 傳 遞 電 子 ，溝 通 外 電 路 。 而 鹽 橋 的 作 用則 是 溝 通

11、 內(nèi) 電 路 。 . 雙 液 原 電 池 的 工 作 原 理 （ 有 關 概 念 ）（ ） 鹽 橋 中 裝 有 飽 和 的 KCl溶 液 和 瓊 脂 制 成 的膠 凍 ， 膠 凍 的 作 用 是 防 止 管 中 溶 液 流 出 鹽 橋 的 作 用 ：（ 1） 形 成 閉 合 回 路 。（ 2） 平 衡 電 荷 。 (3)雙 液 原 電 池 的優(yōu) 點 ：能 產(chǎn) 生 持 續(xù) 、 穩(wěn)定 的 電 流 。 原 電 池雙 液鋅 半 電 池 銅 半 電 池 返 回mA CuZn2+ Cu2+SO4 2- SO4 2-Zn K+ Cl-Zn2+Zn-2e-=Zn2+ Cu2+2e-=Cu氧 化反 應 鹽橋 還

12、 原反 應+負極 正極 把 氧 化 反 應 和 還 原 反 應 分 開 在 不 同 區(qū) 域 進 行 ， 再 以 適當 方 式 連 接 ， 可 以 獲 得 電 流 。 1、 依 探 究 實 驗 的 原 理 ， 按 以 下 反 應 設 計 一 個 能 持續(xù) 產(chǎn) 生 電 流 的 原 電 池 裝 置 ， 畫 出 裝 置 圖 。 Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag課 堂 練 習 AgNO 3Ag CuCu(NO3)2A 說 明 ： 鹽 橋 為 含 有 瓊 膠的 KNO3飽 和 溶 液 24 3.判 斷 下 列 哪 些 裝 置 構 成 了 原 電 池 ？ 若 不 是 ， 說 明 理由 ； 若 是

13、 ， 指 出 正 負 極 名 稱 并 寫 出 電 極 反 應 式 。 CuCl2 FeCl3ACu C 4.依 據(jù) 反 應 ： 2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s)設 計 的 原 電 池 如 圖 所 示 。請 回 答 下 列 問 題 ：（ 1） 電 極 X的 材 料 是 _； 電 解 質 溶 液 Y是_；（ 2） 銀 電 極 為 電 池 的 _極 ， 發(fā) 生 的 電 極 反 應 為_； X電 極 上 發(fā) 生 的 電 極 反 應 為 _。（ 3） 外 電 路 中 的 電 子 是 從 _電 極 流 向 _電極 。 銅AgNO3 正2Ag + +2e-=2AgCu

14、-2e-=Cu2+ AgCu 26 電 池 電 極 反 應 式 的 類 型電池 僅 有 負 極 材 料參 與 反 應兩 電 極 材 料 均參 與 反 應兩 電 極 材 料 均不 參 與 反 應 由 NordriDesign提 供 電 池 電 極 反 應 式 的 書 寫先 寫 出 總 反 應 ， 再 寫 出 某 一 個 簡 單 的 半反 應 ， 用 總 反 應 減 去 半 反 應 就 得 到 另 一個 半 反 應規(guī) 則 ： 28 一 、 僅 有 負 極 材 料 參 與 反 應 參 與 反 應 的 金 屬 電 極 本 身 為 負 極 ， 負 極 參 與 反應 的 金 屬 失 電 子 （ 先 寫 出

15、 負 極 反 應 式 ） ， 正 極 是介 質 溶 液 中 的 微 粒 得 電 子 （ 反 應 一 般 為 析 氫 、 吸氧 、 析 Cu、 Ag等 ） 。 29 1、 酸 性 較 強 介 質 ： 正 極 一 般 是 析 氫 反 應 。 負 極 ： Zn-2e-=Zn2+ 正 極 ： 2H+2e-=H2 總 反 應 ： Zn+ 2H+ = H2+ Zn2+ 30 2、 堿 性 介 質 ： 正 極 一 般 是 吸 氧 反 應 。 負 極 ： 2Fe-4e-=2Fe2+或 2Fe + 2OH- 4e- = 2Fe(OH)2 正 極 ： O2+2H2O+4e- =4OH- 總 反 應 ： 2Fe+O

16、2+2H2O = 2Fe(OH)2 31 3、 接 近 中 性 介 質 ： 正 極 一 般 是 吸 氧 反 應 。 負 極 ： 2Fe - 4e-=2Fe2+ 正 極 ： O2+ 4e- + 2H2O=4OH- 總 反 應 ： 2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2 32 4、 含 不 活 潑 金 屬 的 鹽 溶 液 為 介 質 ： 正 極 析 出 不 活 潑 金 屬（ Cu、 Ag等 ） 。 負 極 ： Fe - 2e- = Fe2+ 正 極 ： Cu2+ + 2e- = Cu總 反 應 ： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 練 習 ： 請 寫 出 右 邊 原 電 池 的 電

17、 極 方 程 式總 反 應 方 程 式 ：負 極 ： Al， 失 Al 3+ Mg AlNaOH溶 液 A拆 成 離 子 方 程 式 ：2Al + 2OH + 2H 2O = 2AlO2 + 3H 2根 據(jù) 化 合 價 升 降 判 斷 正 負 極2Al + 2NaOH + 2H 2O = 2NaAlO2 + 3H 2 34 二 、 電 極 材 料 本 身 均 不 參 與 反 應 兩 電 極 均 為 惰 性 電 極 ， 常 見 于 燃 料 電 池 。 1、 酸 性 介 質 氫 氧 燃 料 電 池 2H2+O2=2H2O 負 極 ： 2H2 - 4e-=4H+ 正 極 ： O2+ 4H+ + 4e

18、-=2H2O a. 應 考 慮 電 解 質 對 電 極 反 應 的 影 響 b. 介 質 為 酸 性 溶 液 時 ， 反 應 式 兩 邊 不 能 出 現(xiàn) OH -離 子 c. H+寫 在 正 極 的 反 應 物 中 352、 堿 性 介 質 氫 氧 燃 料 電 池 2H2+O2=2H2O 負 極 ： 2H2+ 4OH- - 4e-=4H2O 正 極 ： O2 + 2H2O + 4e- =4OH- 36 3、 當 電 解 質 溶 液 接 近 中 性 時 氫 氧 燃 料 電 池 2H2+O2=2H2O 負 極 ： 2H2-4e-=4H+ 正 極 ： O2+2H2O+4e-=4OH- 37 例 一

19、有 人 設 計 出 利 用 CH4和 O2的 反 應 ， 用 鉑 電 極 在 KOH溶液 中 構 成 原 電 池 。 電 池 的 總 反 應 類 似 于 CH4在 O2中 燃 燒 ， 則 下列 說 法 正 確 嗎 ？1.負 極 上 是 O2獲 得 電 子 ， 電 極 反 應 式 為 O2+2H2O+4e-=4OH- 2.負 極 上 CH4失 去 電 子 ， 電 極 反 應 式 CH4+10OH- 8e-=CO32-+7H2O 38 三 、 兩 電 極 材 料 均 參 與 反應 兩 電 極 材 料 通 常 由 金 屬 和 金 屬 化 合 物 構 成 。 1、 酸 性 介 質 鉛 蓄 電 池 ：

20、Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 負 極 ： Pb + SO42- 2e- = PbSO4 正 極 ： PbO2+ SO42- + 4H+ + 2e-= PbSO4 + 2H2O a. 應 考 慮 電 解 質 對 電 極 的 影 響 （ 如 生 成 難 溶 物 等 ） b. 介 質 為 酸 性 溶 液 時 ， 反 應 式 兩 邊 不 能 出 現(xiàn) OH- c. H +寫 在 正 極 的 反 應 物 中 39 2、 堿 性 介 質 愛 迪 生 蓄 電 池 ： Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2 + Ni(OH)2 負 極 ： Fe + 2OH- 2e-= Fe(OH)2

21、正 極 ： NiO2+ 2H2O + 2e-=Ni(OH)2 + 2OH- a. 反 應 式 兩 邊 不 能 出 現(xiàn) H+離 子 b. OH -寫 在 負 極 的 反 應 物 中 1.利 用 原 電 池 原 理 設 計 新 型 化 學 電 池 ；2.改 變 化 學 反 應 速 率 ， 如 實 驗 室 用 粗 鋅 與 硫酸 反 應 制 取 氫 氣 ；3.進 行 金 屬 活 動 性 強 弱 比 較 ；4.電 化 學 保 護 法 ， 即 將 金 屬 作 為 原 電 池 的 正 極而 受 到 保 護 。 如 在 鐵 器 表 面 鍍 鋅 。五 、 原 電 池 的 主 要 應 用 ：5.解 釋 某 些 化

22、 學 現(xiàn) 象 (1)比 較 金 屬 活 動 性 強 弱 。例 1： 下 列 敘 述 中 ， 可 以 說 明 金 屬 甲 比 乙 活 潑 性 強 的 是C.將 甲 乙 作 電 極 組 成 原 電 池 時 甲 是 負 極 ；A.甲 和 乙 用 導 線 連 接 插 入 稀 鹽 酸 溶 液 中 ， 乙 溶 解 ， 甲 上 有 H 2氣 放 出 ；B.在 氧 化 還 原 反 應 中 ， 甲 比 乙 失 去 的 電 子 多 ；D.同 價 態(tài) 的 陽 離 子 ， 甲 比 乙 的 氧 化 性 強 ； （ C）原 電 池 原 理 應 用 ： (2)比 較 反 應 速 率例 2 ：下 列 制 氫 氣 的 反 應

23、速 率 最 快 的 是粗 鋅 和 1mol/L 鹽 酸 ；B.A. 純 鋅 和 1mol/L 硫 酸 ；純 鋅 和 18 mol/L 硫 酸 ；C. 粗 鋅 和 1mol/L 硫 酸 的 反 應 中 加 入 幾 滴 CuSO4溶 液 。D. （ D ）原 電 池 原 理 應 用 ： (3)比 較 金 屬 腐 蝕 的 快 慢例 3： 下 列 各 情 況 ， 在 其 中 Fe片 腐 蝕 由 快 到 慢 的 順 序 是(5) (2) (1) (3) (4)原 電 池 原 理 應 用 ： 例 4： 下 列 裝 置 中 四 塊 相 同 的 Zn片 ， 放 置 一 段 時 間 后 腐 蝕 速率 由 慢 到

24、 快 的 順 序 是 (4) (2) (1) (3) (5)原 電 池 原 理 的 綜 合 應 用例 5： 市 場 上 出 售 的 “ 熱 敷 袋 ” 的 主 要 成 分 為 鐵 屑 、炭 粉 、 木 屑 、 少 量 氯 化 鈉 和 水 等 。 “ 熱 敷 袋 ” 啟用 之 前 用 塑 料 袋 使 其 與 空 氣 隔 絕 ， 啟 用 時 ， 打 開塑 料 袋 輕 輕 揉 搓 就 會 放 出 熱 量 。 使 用 完 后 ， 會 發(fā)現(xiàn) 有 大 量 鐵 銹 存 在 。1)“ 熱 敷 袋 ” 是 利 用 放 出 熱 量 。2)炭 粉 的 主 要 作 用是 。3)加 入 氯 化 鈉 的 主 要 作 用

25、是 。4)木 屑 的 作 用是 。 鐵 被 氧 化與 鐵 屑 、 氯 化 鈉 溶 液 構 成 原電 池 ， 加 速 鐵 屑 的 氧 化氯 化 鈉 溶 于 水 、 形 成 電 解 質 溶 液使 用 “ 熱 敷 袋 ” 時 受 熱 均 勻 原 電 池 原 理 應 用 ： 小 結 定 義 :（ 1） 由 兩 個 半 電 池 組 成 的 鋅 銅 原 電 池 的 工 作 原 理 原 電 池 把 化 學 能 轉 化 成 電 能 的 裝 置 。2、 原 電 池 的 工 作 原 理較 活 潑 的 金 屬 發(fā) 生 氧 化 反 應 ,電 子 從 較 活 潑 的 金 屬 (負 極 )通 過 外 電 路 流 向 較 不 活 潑 的 金 屬 (正 極 )。 負 極 正 極電 子 流 向電 流 流 向（ 2） 形 成 原 電 池 的 條 件（ 3） 原 電 池 的 正 負 極 的 判 斷 方 法（ 4） 電 極 材 料 的 選 擇 （ 電 池 的 電 極 必 須 導 電 ）