【化学】4.1《原电池》1人教版选修.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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),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,第1课时,Cu,Zn,稀硫酸,-,-,-,Zn,2+,H,+,H,+,Zn2e,-,=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,A,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,-,（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,H,2,SO,4,Zn Zn,（1）,石墨,石墨,H,2,SO,4,（2）,H,2,SO,4,Zn,石墨,（3）,Zn,Cu,H,2,SO,4,（4）,Cu,SO,4,Zn,Cu,（5）,C,2,H,5,OH,Zn,Cu,（6）,Zn,Cu,ZnSO,4,Cu,SO,4,（7）,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？,A,稀H,2,SO,4,锌片 铜片,想一想,？,提出问题：,上图是将锌片和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,ZnSO,4,溶液,H,2,SO,4,溶液,Zn,Cu,A,？,改进,如何改进原电池装置？,稀硫酸,Cu,Zn,A,【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,ZnSO,4,溶液,H,2,SO,4,溶液,Zn,Cu,A,稀硫,酸,Cu,Zn,A,ZnSO,4,溶液,H,2,SO,4,溶液,Zn,Cu,A,【交流,研讨二】,改进后的原电池装置,还有什么优点？,【结论2】,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,改进,实验探究二,请根据反应：,Zn+CuSO,4,=ZnSO,4,+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.,CuSO,4,溶液,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,-,=Zn,2+,正极,Cu,2+,+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ZnSO,4,溶液和置有铜片的CuSO,4,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:无电子定向移动）,探究实验二：改进方案,ZnSO,4,Zn Cu,CuSO,4,A,上述装置构成了原电池吗？为什么,？（,溶液不保持电中性）,思考,实验探究二：方案改进,盐桥,A,Zn Cu,ZnSO,4,溶液,CuSO,4,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U形管浸泡在KCl或NH,4,NO,3,的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH,4,NO,3,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,ZnSO,4,溶液扩散和迁移，阳离子,K,+,则向,CuSO,4,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,CuSO,4,溶液中的,Cu,2+,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,NH,4,NO,3,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，,Zn,失去电子形成的,Zn,2+,进入,ZnSO,4,溶液，,ZnSO,4,溶液因,Zn,2+,增多而带正电荷。同时，,CuSO,4,则由于,Cu,2+,变为,Cu,，使得,SO,4,2-,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,+,=Zn,2+,+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,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。,第2课时,1.利用反应Zn+2FeCl,3,=2FeCl,2,+ZnCl,2,，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,(+),(-),G,Zn,Pt,FeCl,3,溶液,负极（Zn）：Zn-2e,-,=Zn,2+,（氧化反应）,正极（Pt或C）：2Fe,3+,+2e,-,=2Fe,2+,（还原反应）,(+),(-),ZnCl,2,溶液,FeCl,3,溶液,盐桥,G,Zn,C,负极（Zn）：Zn-2e,-,=Zn,2+,（氧化反应）,正极（Pt或C）：2Fe,3+,+2e,-,=2Fe,2+,（还原反应）,（1）根据氧化还原反应电子转移判断,电极反应,。,（2）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)=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。,C,U,铜,银,正,AgNO,3,溶液,2Ag +2e=2Ag,Cu-2e=Cu,+,-,-,2+,3.用铜片、银片、Cu(NO,3,),2,溶液、AgNO,3,溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO,3,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AgNO,3,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-H,2,SO,4,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,；,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、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AsO,4,3,+2I,+2H,+,AsO,3,+I,2,+H,2,O,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?试用平衡移动原理解释此现象,答：_。,(3)()操作过程中C,1,棒上发生的反应为,。,(,4,)()操作过程中,C,2,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，AsO,4,3,发生得电子反应为正极；而当加入NaOH后，AsO,3,3,发生失电子反应，为负极；,2I,2e,=I,2,AsO,3,3,2e,+2OH,=AsO,4,3,+H,2,O,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.,解释某些化学现象,第3课时,(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H,2,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CuSO,4,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H,2,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，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 10,4,4-lg3.75,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e,-,Zn,2+,2H,+,+2e,-,H,2,得：,2 2 22.4,x,y,0.168,解：,0.20.1252,c,(H,+,),余,2H,+,2eH,2,大,0.015,原电池原理应用：,(5)原电池原理的综合应用,例5：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：,以下反应为基础设计原电池,（H,+,）,MnO,4,-,+8H,+,+5e,-,=,Mn,2+,+4H,2,O,Pt或石墨,Pt或石墨,负极：,正极：,5Fe,2+,5e,-,=,5Fe,3+,5Fe,2+,+MnO,4,-,+8H,+,=5Fe,3+,+Mn,2+,+4H,2,O,（6）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,