2018-2019年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)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(xué)基礎(chǔ),4-1原電池,1780年,伽伐尼(Galvani,L.)青蛙抽搐實(shí)驗(yàn)。,原電池的雛形,理論解釋:生物電觀點(diǎn)!,(意大利生物學(xué)家伽伏尼),伏打?qū)ι镫娪^點(diǎn)的質(zhì)疑(Volta,A.1745-1827),1800年建立伏打電堆模型。,伏打電池是實(shí)用電池的開端。,普通干電池,手機(jī)電池,鈕扣電池,筆記本電腦專用電池,攝像機(jī)專用電池,“神六”用太陽(yáng)能電池,一、實(shí)驗(yàn)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(huì)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(shí),判斷上述原電池的正負(fù)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(yáng)離子分別向哪一個(gè)電極運(yùn)動(dòng)?,Zn2+,負(fù)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(dòng)性不同的金屬(或一種金屬和一種非金屬導(dǎo)體)做電極,較活潑的金屬為負(fù)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(gè)電極插入電解質(zhì)溶液中。,兩個(gè)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(gè)電極用導(dǎo)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(fù)極判斷,交流研討,正極負(fù)極,電流流向,電子流向,,,,負(fù)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(dǎo)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(duì)活潑的金屬為___極,相對(duì)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(fù)極):________________在銅電極(正極):_________________電子流方向:電子流從原電池的_____經(jīng)導(dǎo)線流向_____。溶液中離子運(yùn)動(dòng)方向:陽(yáng)離子向____運(yùn)動(dòng),陰離子向____運(yùn)動(dòng)。電流方向:電流從原電池的____經(jīng)導(dǎo)線流向____。再?gòu)腳____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(dǎo)線,兩塊活動(dòng)性不同的金屬,電解質(zhì)溶液,較活潑,較活潑,較不活潑,陽(yáng)離子,還原反應(yīng),負(fù),正,Zn-2e-=Zn2+,負(fù)極,正極,正極,負(fù)極,正極,負(fù)極,負(fù)極,正極,,1、請(qǐng)你根據(jù)化學(xué)反應(yīng):Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2判斷右邊原電池的正、負(fù)極,并寫出電極反應(yīng)式。,CuC,FeCl3溶液,2、請(qǐng)判斷右邊原電池的正、負(fù)極.,,,A,,,,,,,,NaOH溶液,MgAl,,,,負(fù)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(xué)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(yáng)離子向正極移動(dòng),D,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,正極,負(fù)極,均發(fā)生,分別發(fā)生,學(xué)以致用,4.將鋅片和銅片用導(dǎo)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(fù),學(xué)以致用,5.X、Y、Z、W四種金屬片進(jìn)入稀鹽酸中,用導(dǎo)線連接,可以組成原電池,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示:則四種金屬的活潑性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)開________________,Z>Y>X>W,學(xué)以致用,提出問題:上圖是我們?cè)诒匦?中學(xué)習(xí)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(shí)間稍長(zhǎng)電流就很快減弱,因此不適合實(shí)際應(yīng)用。這是什么原因造成的呢?有沒有什么改進(jìn)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(duì)鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究,為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象,設(shè)計(jì)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(diǎn):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(xiǎn)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(xiǎn)形管,用棉花都住管口即可。,實(shí)驗(yàn)三(書71頁(yè)實(shí)驗(yàn)4-1),實(shí)驗(yàn)探索,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:,分析:改進(jìn)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(yè)第三段,有鹽橋存在時(shí)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),即有電流通過電路。取出鹽橋,電流計(jì)指針即回到零點(diǎn),說明沒有電流通過。,鹽橋的作用:(1)使整個(gè)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(kuò)散和遷移,陽(yáng)離子K+則向CuSO4溶液擴(kuò)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(jìn)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(gè)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(jìn)入ZnSO4溶液,ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時(shí),CuSO4則由于Cu2+變?yōu)镃u,使得SO42-相對(duì)較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性,這兩種因素均會(huì)阻止電子從鋅片流向銅片,造成電流中斷。,請(qǐng)同學(xué)們思考:,上述原電池裝置是將什么反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的?指出電池的正負(fù)極,并分別寫出其中負(fù)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(fù)極(鋅片):Zn-2e-=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(xué)方程式):Zn+Cu2+=Zn2++Cu,電池符號(hào):Zn︱ZnSO4‖CuSO4︱Cu負(fù)極鹽橋正極,(一)對(duì)鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究,(二)由兩個(gè)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(jìn)行,再以適當(dāng)方式連接,可以獲得電流。,①在這類電池中,用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極,負(fù)極向外電路提供電子;用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作為正極,正極從外電路得到電子。②在原電池的內(nèi)部,兩極浸在電解質(zhì)溶液中,并通過陰陽(yáng)離子的定向運(yùn)動(dòng)而形成內(nèi)電路。,練習(xí):鋅銅原電池產(chǎn)生電流時(shí),陽(yáng)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,①判斷右邊原電池的正、負(fù)極,并寫出電極反應(yīng)式。,CuC,FeCl3溶液,負(fù)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(fù)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(jià)升降判斷正負(fù)極,三、電極方程式的書寫,1.簡(jiǎn)單原電池電極方程式的寫法,②請(qǐng)寫出右邊原電池的電極方程式。,總反應(yīng)方程式:,負(fù)極:Al,失e-2Al-6e-=2Al3+,2Al3++8OH-=2AlO2-+4H2O,負(fù)極總反應(yīng):2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O,正極:總反應(yīng)-負(fù)極反應(yīng),6H2O+6e-=6OH—+3H2↑,拆成離子方程式:,2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,2.燃料電池電極方程式的寫法總反應(yīng):實(shí)際上就是燃料的完全燃燒。負(fù)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(fù)極總反應(yīng):2H2-4e-+4OH-=4H2O,正極:總反應(yīng)-負(fù)極反應(yīng),總反應(yīng):2H2+O2=2H2O,負(fù)極:H2失e-,4H++4OH-=4H2O,2H2-4e-=4H+,O2+2H2O+4e-=4OH-,3.復(fù)雜原電池電極方程式的書寫方法點(diǎn)撥:寫電極方程式的時(shí)候,要根據(jù)“得電子顯負(fù)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,Pb+SO42--2e-=2PbSO4↓,正極:PbO2得電子,+4H++2H2O,正極:PbO2+SO42-+2e-=PbSO4↓,銀鋅電池(電解質(zhì)為KOH)的電池總反應(yīng)為:Zn+Ag2O=ZnO+2Ag寫出其正、負(fù)極反應(yīng)。,Zn-2e-=ZnO,+2OH-+H2O,Ag2O+2e-=2Ag,+H2O+2OH-,負(fù)極:,正極:,四、原電池的設(shè)計(jì),①活潑性不同的兩種金屬。如鋅銅原電池,鋅作負(fù)極,銅作正極②金屬和非金屬。如鋅錳干電池,鋅作負(fù)極,石墨棒作正極③金屬和化合物。如鉛蓄電池,鉛版作負(fù)極,PbO2作正極④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(dǎo)電),電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)燒杯中進(jìn)行,則左右兩個(gè)燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽(yáng)離子。,請(qǐng)根據(jù)氧化還原反應(yīng):Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+設(shè)計(jì)成原電池。你有哪些可行方案?,CuCu–2e-=Cu2+,比Cu不活潑的金屬或石墨2Fe3++2e-=2Fe2+,Fe2(SO4)3、FeCl3等,負(fù)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(jiǎn)圖。,1.利用原電池原理設(shè)計(jì)新型化學(xué)電池;,2.改變化學(xué)反應(yīng)速率,如實(shí)驗(yàn)室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣;,3.進(jìn)行金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱比較;,4.電化學(xué)保護(hù)法,即將金屬作為原電池的正極而受到保護(hù)。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(xué)現(xiàn)象,(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。,例1:,下列敘述中,可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是,C.將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極;,A.甲和乙用導(dǎo)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(jià)態(tài)的陽(yáng)離子,甲比乙的氧化性強(qiáng);,(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(shí)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(shí)間后,從裝置中共收集到0.168L升氣體,則流過導(dǎo)線的電子為————mol,溶液的pH值變_________?(溶液體積變化忽略不計(jì)),,,0.2,解得:,y=0.015(mol),x=0.015(mol),=,=3.7510﹣4(mol/L),∴pH=-lg3.7510-4,=4-lg3.75,答:……,-0.015,根據(jù)電極反應(yīng):,正極:,負(fù)極:,Zn-2e-=Zn2+,2H++2e-=H2↑,得:,2222.4,xy0.168,解:,0.20.1252,c(H+)余,∴,2H+——2e——H2↑,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(chǎng)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(shí),打開塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量。使用完后,會(huì)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(shí)受熱均勻,原電池原理應(yīng)用:,拓展練習(xí)(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(fù)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(fù)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↑,Mg-2e—=Mg2+,化學(xué)能,電能,Al,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,小結(jié),1定義:,(1)由兩個(gè)半電池組成的鋅銅原電池的工作原理,原電池,,,,把化學(xué)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(fù)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(fù)極的判斷方法,(4)電極材料的選擇(電池的電極必須導(dǎo)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(xué)反應(yīng),當(dāng)堂檢測(cè),B,當(dāng)堂檢測(cè),B,,活潑的為負(fù)極,,陽(yáng)離子移向正極,,Zn在負(fù)極上失電子,當(dāng)堂檢測(cè),解析:Al片和Cu片用導(dǎo)線相連,插入稀H2SO4中時(shí),Al比Cu活潑,Al為負(fù)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(dǎo)線相連,插入濃HNO3中時(shí),由于鋁鈍化,不能溶解,Al為正極,Cu為負(fù)極,Cu失電子被氧化為Cu2+。,2Al-6e-===2Al3+(或Al-3e-===Al3+),負(fù)極,6H++6e-===3H2↑(或2H++2e-===H2↑),正極,2NO3-+4H++2e-===2NO2↑+2H2O,能,正極,Cu-2e-===Cu2+,負(fù)極,當(dāng)堂檢測(cè),- 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