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    高中化学 4.1《原电池》课件2 新人教版选修4

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    高中化学 4.1《原电池》课件2 新人教版选修4

    1、第四章 电化学基础,第一节 原电池,电化学: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),第1节 :原电池,第 1 课 时,一、原电池的基础知识,1.定义: 把化学能转变为电能的装置,理解: 外形无外加电源 自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池,复习回顾,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,Zn2e- = Zn2+,负极,正极,2H+2e-=H2,总反应式:,Zn+2H+= Zn2+H2,负,正,氧化反应,还原反应,现象:,锌棒溶解,铜棒上有气泡,A,原

    2、电池工作原理,Cu,Zn,Zn2+,H+,H+,负极,正极,阳离子,阴离子,正极,负极,SO42-,原电池工作原理,A,e-,(1)有两种活泼性不同的金属(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。,1.内部条件:能自发进行氧化还原反应,2.外部条件:,组成原电池的条件,两极一液成回路,氧化还原是中心,判断下列装置哪些属于原电池,(3),(4),(5),Zn Cu,理论上应看到只在铜片上有大量气泡,实际上锌片上也有大量气泡产生,这是什么原因导致的呢? 最终又会造成什么后果?怎样避免和克服呢?,想一想,?提出问题: 上图是将锌片和

    3、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?,学生讨论:,造成的主要原因:锌片不纯,以及铜极上聚集了许多氢气泡,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。,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,【交流 研讨一】,让锌片与稀硫酸不直接接触,ZnSO4溶液,H2SO4溶液,?,如何改进原电池装置?,【观察与思考】,【结论1】改进后的原电池装置提高了能量转换率,ZnSO4溶液,H2SO4溶液,【交流 研讨二】,改进后的原电池装置还有什么优点?,【结论2】

    4、改进后的原电池装置化学能不会自动释放,【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应,实验探究二,请根据反应: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 设计一个原电池装置,标出电极材料和电解质溶液,写出电极反应方程式.,且两个电极上都有红色物质析出,电流表指针发生偏转, 但随着时间的延续,电流表指针偏转的角度越来越小,最终可能没有电流通过。,负,正,负极,Zn2e-=Zn2+,正极,Cu2+2e-=Cu,即无法产生持续稳定的电流,按下图所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液分别通过导线与电流计连接,有什么现象?,电流计指针不偏转,且铜片和锌片上均无明显现象(即:无电

    5、子定向移动),探究实验二:改进方案,实验探究二:方案改进,盐桥,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,设计如下图(书P71图4-1)所示的原电池装置,结果如何呢?你能解释它的工作原理吗?,盐桥: 在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。,盐桥: 在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。,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?,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

    6、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。,盐桥的作用: (1)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。,得出结论,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,Z

    7、n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。,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。,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。 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。,(2)探究组成原电池的条件,用导线和盐桥分别将两个半

    8、电池连接在一起,设计盐桥原电池的思路:,还原剂和氧化产物为负极的半电池 氧化剂和还原产物为正极的半电池,Zn+2Ag+=Zn2+2Ag,根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液 外电路用导线连通,可以接用电器 内电路是将电极浸入电解质溶液中,并通过盐桥沟通内电路,能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件?,1.要有导电性不同的两个电极 2.两个半反应在不同的区域进行 3.用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起,小结,第1节 :原电池,第 2 课 时,复习:,3. 两个电极相连插入电解质溶液中并形成闭合电路;,把化学能直接转化为电能的装置。,1.有两块金属(或非金属)导体作电极; 2.电解质

    9、溶液,二.构成原电池的基本条件:,一.原电池:,4.有可自发进行的氧化还原反应。,三.加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理:,1. 用还原性较强的物质(如:活泼金属)作负极,向外电路提供电子;用不活泼物质作正极,从外电路得到电子。,2. 原电池在放电时,负极上的电子经过导线流向正极,而氧化剂从正极上得到电子,两极之间再通过盐桥及原电池内部溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定电流的闭合回路。,1.利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ,设计出两种原电池,画出原电池的示意图,并写出电极反应方程式。,参考答案,(1)、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。 (2)、

    10、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液,巩固练习:,2.依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。 请回答下列问题: (1)电极X的材料是 ; 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,铜,银,正,AgNO3溶液,2Ag +2e = 2Ag,Cu - 2e = Cu,+,-,-,2+,3. 用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的

    11、是( ) 在外电路中,电流由铜电极流向银电极 正极反应为:Ag+e- =Ag 实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作 将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A B C D,C,二、原电池正负极判断原电池原理的应用,1.由组成原电池的电极材料判断 一般 负极 的金属 正极 的金属或 导体,以及某些金属氧化物 可以理解成: 与电解质溶液反应,练习:Mg-Al-H2SO4中 是正极, 是负极 Mg-Al-NaOH中 是正极 是负极,Mg,Al,Al,Mg,活泼性强,活泼性弱,非金属,负极,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子(电流)流动的方向判断 电子由 流出,流入 ;

    12、电流由 流出,流入 。,负极,正极,正极,负极,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子(电流)流动的方向判断,3.根据电极反应类型判断 负极 电子,发生 反应 正极 电子,发生 反应,失,得,氧化,还原,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子(电流)流动的方向判断,3.根据电极反应类型判断,4.根据电解质溶液离子移动的方向判断 阴离子向 极移动(负极带正电荷) 阳离子向 极移动(正极带负电荷),负,正,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子(电流)流动的方向判断,3.根据电极反应类型判断,4.根据电解质溶液离子移动的方向判断,5.根据电极现象来判断 负极 ; 正极 ;,牺牲、

    13、溶解,增重、气泡,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子(电流)流动的方向判断,3.根据电极反应类型判断,4.根据电解质溶液离子移动的方向判断,5.根据电极现象来判断,6.燃料电池中 燃料在 反应 氧化剂在 反应,负极,正极,巩固:已知反应AsO43+2I+2H+ AsO3+I2+H2O 是可逆反应设计如图装置,进行下述操作: ()向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸,发现微安培表 指针偏转;()若改往(B)烧杯中滴加40NaOH 溶液,发现微安培表指针向前述相反方向偏转 试回答: (1)两次操作过程中指针为什么会发生偏转? 答: 。 (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么会相反?试用平衡移动原

    14、理解释此现象 答:_。 (3)()操作过程中C1棒上发生的反应为 。 (4)()操作过程中C2棒上发生的反应为 。,这是原电池,指针偏转是由于电子流过电流表,B中加盐酸,AsO43发生得电子反应为正极;而当加入NaOH后,AsO33发生失电子反应,为负极;,2I2e =I2,AsO332e+2OH = AsO43+H2O,第1节 :原电池,第 3 课 时,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。,三、原电池的主要应用:,5.解释某些化学现

    15、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:,当两种金属构成原电池时,总是活泼的金属作负极而被腐蚀,所以先被腐蚀的金属活泼性较强。,练习:把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中,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极产生大量气泡, b、d相连时,溶液中的阳离子向b极移动。 则四种

    16、金属的活泼性顺序为: 。,ac d b,a b,c d,a c,d b,(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:,当形成原电池之后,反应速率加快,如实验室制H2时, 纯Zn反应不如粗Zn跟酸作用的速率快。,(3)比较金属腐蚀的快慢,原电池原理应用:,在某些特殊的场所, 金属的电化腐蚀是不可避免的, 如轮船在海中航行时, 为了保护轮船不被腐蚀,可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的

    17、金属如Zn。这样构成的原电池Zn为负极而Fe为正极,从而防止铁的腐蚀。,例3:,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4:,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 -lg3.75 104,4 -lg3.75,答:,0.015

    18、,根据电极反应:,正极:,负极:,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得:,2 2 22.4,x y 0.168,解:,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,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。 “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:,以以下反应为基础设计原电池,(H+),MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+4H2O,Pt或石墨,Pt或石墨,负极:,正极:,5Fe2+ 5e- = 5Fe3+,5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+4H2O,6.利用原电池原理设计新型化学电池,第三课时完,电极反应式的书写方法 (1)一般电极反应式的书写,(2)复杂反应式的书写,


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