2018-2019年高中化學 第04章 電化學基礎(chǔ) 專題4.1 原電池課件 新人教版選修4.ppt
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第四章電化學基礎(chǔ),4-1原電池,1780年,伽伐尼(Galvani,L.)青蛙抽搐實驗。,原電池的雛形,理論解釋:生物電觀點!,(意大利生物學家伽伏尼),伏打?qū)ι镫娪^點的質(zhì)疑(Volta,A.1745-1827),1800年建立伏打電堆模型。,伏打電池是實用電池的開端。,普通干電池,手機電池,鈕扣電池,筆記本電腦專用電池,攝像機專用電池,“神六”用太陽能電池,一、實驗探究:原電池工作原理,交流研討,1為什么裝置中的銅片上會有氣泡出現(xiàn)呢?該現(xiàn)象和銅片與稀硫酸不反應(yīng)的結(jié)論相矛盾嗎?2銅片上的電子從哪來?3鋅片的質(zhì)量有無變化?溶液中c(H+)如何變化?4寫出鋅片和銅片上變化的離子方程式。5電流表中指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明有電流通過,這又證明了什么呢?6根據(jù)物理知識,判斷上述原電池的正負極。,交流研討,Cu,Zn,為什么H+在銅片上得到電子,而不是在鋅片上得到電子?溶液中陰陽離子分別向哪一個電極運動?,Zn2+,負極,正極,靜電斥力,靜電引力,交流研討,條件一原電池的電極材料,結(jié)論一,有兩種活動性不同的金屬(或一種金屬和一種非金屬導體)做電極,較活潑的金屬為負極,較不活潑的金屬(碳棒)為正極,A,B,銅鋅原電池,條件二溶液的性質(zhì),結(jié)論二,兩個電極插入電解質(zhì)溶液中。,兩個電極插入電解質(zhì)溶液中。,C,銅鋅原電池,稀硫酸,Zn,稀硫酸,Cu,條件三線路的連接,結(jié)論三,兩個電極用導線相連構(gòu)成閉合回路。,D,銅鋅原電池,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,燈泡,等效電路,原電池的正負極判斷,交流研討,正極負極,電流流向,電子流向,負極:電子流出的一極正極:電子流入的一極,歸納總結(jié),還原劑(Zn)失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),氧化劑(H+)在銅極上得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),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-,電流方向,1、原電池是如何構(gòu)成的?,用_連接_極板插入_中。,在原電池中,_金屬極板發(fā)生氧化反應(yīng),電子經(jīng)導線從_金屬一極流向_金屬極板,溶液中易得到電子的_在不活潑的金屬極板發(fā)生_。在原電池中,相對活潑的金屬為_極,相對不活潑的金屬(或石墨電極)為_極。上述原電池發(fā)生的反應(yīng)是:在鋅電極(負極):_在銅電極(正極):_電子流方向:電子流從原電池的_經(jīng)導線流向_。溶液中離子運動方向:陽離子向_運動,陰離子向_運動。電流方向:電流從原電池的_經(jīng)導線流向_。再從_經(jīng)內(nèi)電路流向_,從而形成閉合回路。,你知道了嗎?,2、原電池是如何工作的?,導線,兩塊活動性不同的金屬,電解質(zhì)溶液,較活潑,較活潑,較不活潑,陽離子,還原反應(yīng),負,正,Zn-2e-=Zn2+,負極,正極,正極,負極,正極,負極,負極,正極,1、請你根據(jù)化學反應(yīng):Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2判斷右邊原電池的正、負極,并寫出電極反應(yīng)式。,CuC,FeCl3溶液,2、請判斷右邊原電池的正、負極.,A,NaOH溶液,MgAl,負極:Cu-2e=Cu正極:2Fe+2e=2Fe,-2+,3+-2+,提示:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,稀硫酸溶液,學以致用,3.下列說法中正確的是()A.原電池是把的裝置B.原電池中電子流出的一極是,發(fā)生氧化反應(yīng)C.原電池兩極氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)D.原電池中的陽離子向正極移動,D,化學能轉(zhuǎn)化為電能,電能轉(zhuǎn)化為化學能,正極,負極,均發(fā)生,分別發(fā)生,學以致用,4.將鋅片和銅片用導線連接置于稀硫酸中,下列說法正確的是()A鋅片的質(zhì)量逐漸B電流方向是從銅片向鋅片CH+在銅片表面被D極附近SO42-濃度逐漸增大,B,增大,減小,還原,氧化,正,負,學以致用,5.X、Y、Z、W四種金屬片進入稀鹽酸中,用導線連接,可以組成原電池,實驗結(jié)果如下圖所示:則四種金屬的活潑性由強到弱的順序為_,ZYXW,學以致用,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(yīng)用。這是什么原因造成的呢?有沒有什么改進措施?,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,使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。,二、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(shè)計如下圖(書P71圖4-1)所示的原電池裝置,你能解釋它的工作原理嗎?,此電池的優(yōu)點:能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。,鹽橋制法:1)將熱的瓊膠溶液倒入U形管中(注意不要產(chǎn)生裂隙),將冷卻后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的飽和溶液中即可。2)將KCl或NH4NO3的飽和溶液裝入U形管,用棉花都住管口即可。,實驗三(書71頁實驗4-1),實驗探索,實驗現(xiàn)象:,分析:改進后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流?鹽橋在此的作用是什么?,參考教材72頁第三段,有鹽橋存在時電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),即有電流通過電路。取出鹽橋,電流計指針即回到零點,說明沒有電流通過。,鹽橋的作用:(1)使整個裝置構(gòu)成通路,代替兩溶液直接接觸。,由于鹽橋(如KCl)的存在,其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴散和遷移,陽離子K+則向CuSO4溶液擴散和遷移,分別中和過剩的電荷,保持溶液的電中性,因而放電作用不間斷地進行,一直到鋅片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀,可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。,(2)平衡電荷。在整個裝置的電流回路中,溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋,Zn失去電子形成的Zn2+進入ZnSO4溶液,ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時,CuSO4則由于Cu2+變?yōu)镃u,使得SO42-相對較多而帶負電荷。溶液不保持電中性,這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片,造成電流中斷。,請同學們思考:,上述原電池裝置是將什么反應(yīng)的化學能轉(zhuǎn)換成電能的?指出電池的正負極,并分別寫出其中負極和正極的電極反應(yīng)式以及該電池的總反應(yīng)方程式。,ZnSO4溶液CuSO4溶液,負極(鋅片):Zn2e-=Zn2+(氧化反應(yīng)),正極(銅片):Cu2+2e-=Cu(還原反應(yīng)),電池反應(yīng)(總化學方程式):Zn+Cu2+=Zn2+Cu,電池符號:ZnZnSO4CuSO4Cu負極鹽橋正極,(一)對鋅銅原電池工作原理的進一步探究,(二)由兩個半電池組成原電池的工作原理,(1)把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進行,再以適當方式連接,可以獲得電流。,在這類電池中,用還原性較強的物質(zhì)作為負極,負極向外電路提供電子;用氧化性較強的物質(zhì)作為正極,正極從外電路得到電子。在原電池的內(nèi)部,兩極浸在電解質(zhì)溶液中,并通過陰陽離子的定向運動而形成內(nèi)電路。,練習:鋅銅原電池產(chǎn)生電流時,陽離子()A移向Zn極,陰離子移向Cu極B移向Cu極,陰離子移向Zn極C和陰離子都移向Zn極D和陰離子都移向Cu極,B,判斷右邊原電池的正、負極,并寫出電極反應(yīng)式。,CuC,FeCl3溶液,負極:Cu失電子Cu-2e-=Cu2+正極:Fe3+得電子2Fe3+2e-=2Fe2+,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,先寫出總反應(yīng):即負極與電解質(zhì)溶液反應(yīng),拆成離子方程式:,Cu+2Fe3=Cu2+2Fe2,根據(jù)化合價升降判斷正負極,三、電極方程式的書寫,1.簡單原電池電極方程式的寫法,請寫出右邊原電池的電極方程式。,總反應(yīng)方程式:,負極:Al,失e-2Al-6e2Al3+,2Al3+8OH-=2AlO2-+4H2O,負極總反應(yīng):2Al+8OH-6e2AlO2-+4H2O,正極:總反應(yīng)負極反應(yīng),6H2O6e6OH3H2,拆成離子方程式:,2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2,根據(jù)化合價升降判斷正負極,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,2.燃料電池電極方程式的寫法總反應(yīng):實際上就是燃料的完全燃燒。負極(通入燃料):為燃料失去電子的氧化反應(yīng),正極(通入氧化劑):為氧化劑得到電子的還原反應(yīng)。以Pt為電極,電解質(zhì)溶液為KOH溶液的氫氧燃料電池為例,負極總反應(yīng):2H2-4e-+4OH-4H2O,正極:總反應(yīng)負極反應(yīng),總反應(yīng):2H2+O22H2O,負極:H2失e,4H+4OH-4H2O,2H2-4e-4H,O2+2H2O+4e-4OH-,3.復雜原電池電極方程式的書寫方法點撥:寫電極方程式的時候,要根據(jù)“得電子顯負電;失電子顯正電”的原則,利用“電荷守恒”,通過巧用H、OH和水寫出電極方程式,PbSO422e2PbSO4,正極:PbO2得電子,4H2H2O,正極:PbO2SO422ePbSO4,銀鋅電池(電解質(zhì)為KOH)的電池總反應(yīng)為:ZnAg2OZnO2Ag寫出其正、負極反應(yīng)。,Zn2eZnO,2OHH2O,Ag2O2e2Ag,H2O2OH,負極:,正極:,四、原電池的設(shè)計,活潑性不同的兩種金屬。如鋅銅原電池,鋅作負極,銅作正極金屬和非金屬。如鋅錳干電池,鋅作負極,石墨棒作正極金屬和化合物。如鉛蓄電池,鉛版作負極,PbO2作正極惰性電極。如氫氧燃料電池中,兩根電極均可用Pt,(電池的電極必須導電),電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個半反應(yīng)分別在兩個燒杯中進行,則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子。,請根據(jù)氧化還原反應(yīng):Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+設(shè)計成原電池。你有哪些可行方案?,CuCu2e-=Cu2+,比Cu不活潑的金屬或石墨2Fe3+2e-=2Fe2+,Fe2(SO4)3、FeCl3等,負極:正極:電解質(zhì)溶液:,練一練,若是采用燒杯和鹽橋裝置圖,采用的電解質(zhì)溶液又是什么?試畫出原電池的裝置簡圖。,1.利用原電池原理設(shè)計新型化學電池;,2.改變化學反應(yīng)速率,如實驗室用粗鋅與硫酸反應(yīng)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(yīng)用:,5.解釋某些化學現(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H2氣放出;,B.在氧化還原反應(yīng)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(yīng)用:,(2)比較反應(yīng)速率,例2:,下列制氫氣的反應(yīng)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18mol/L硫酸;,C.,粗鋅和1mol/L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。,D.,(D),原電池原理應(yīng)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(yīng)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快的順序是,(4),(2),(1),(3),(4)判斷溶液pH值變化,例5:,在Cu-Zn原電池中,200mLH2SO4溶液的濃度為0.125mol/L,若工作一段時間后,從裝置中共收集到0.168L升氣體,則流過導線的電子為mol,溶液的pH值變_?(溶液體積變化忽略不計),0.2,解得:,y0.015(mol),x0.015(mol),3.75104(mol/L),pH-lg3.75104,4-lg3.75,答:,0.015,根據(jù)電極反應(yīng):,正極:,負極:,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,得:,2222.4,xy0.168,解:,0.20.1252,c(H+)余,2H+2eH2,大,0.015,原電池原理應(yīng)用:,(5)原電池原理的綜合應(yīng)用,例6: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?!盁岱蟠眴⒂弥坝盟芰洗蛊渑c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。“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是。4)木屑的作用是。,鐵被氧化,與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成原電池,加速鐵屑的氧化,氯化鈉溶于水、形成電解質(zhì)溶液,使用“熱敷袋”時受熱均勻,原電池原理應(yīng)用:,拓展練習(1)若燒杯中溶液為稀硫酸,則觀察到的現(xiàn)象。兩極反應(yīng)式為:正極;負極。該裝置將能轉(zhuǎn)化為能。(2)若燒杯中溶液為氫氧化鈉溶液,則負極為,總反應(yīng)方程為。,鎂逐漸溶解,鋁極上有氣泡冒出,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn);,2H+2e=H2,Mg2e=Mg2+,化學能,電能,Al,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,小結(jié),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(zhuǎn)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(yīng),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)。,(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),B,燃料電池兩極材料可以同是石墨,正極也可以放出H2,正極不參與化學反應(yīng),當堂檢測,B,當堂檢測,B,活潑的為負極,陽離子移向正極,Zn在負極上失電子,當堂檢測,解析:Al片和Cu片用導線相連,插入稀H2SO4中時,Al比Cu活潑,Al為負極,失電子被氧化為Al3,Cu為正極,溶液中的H得電子被還原為H2。,解析:Al片和Cu片用導線相連,插入濃HNO3中時,由于鋁鈍化,不能溶解,Al為正極,Cu為負極,Cu失電子被氧化為Cu2。,2Al6e=2Al3(或Al3e=Al3),負極,6H6e=3H2(或2H2e=H2),正極,2NO3-4H2e=2NO22H2O,能,正極,Cu2e=Cu2,負極,當堂檢測,- 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