高二理科实验班化学原电池原理及其应用.pptx

1780年，伽伐尼年，伽伐尼(Galvani,L.)青蛙抽搐实验。青蛙抽搐实验。原电池的雏形原电池的雏形理论解释理论解释：生物电观点！生物电观点！1780 1780 1780 1780 年意大利生理学家年意大利生理学家年意大利生理学家年意大利生理学家 GalvaniGalvaniGalvaniGalvani发现了以金属片接触青发现了以金属片接触青发现了以金属片接触青发现了以金属片接触青蛙肌肉时，有收缩的现象发生。当时蛙肌肉时，有收缩的现象发生。当时蛙肌肉时，有收缩的现象发生。当时蛙肌肉时，有收缩的现象发生。当时 Galvani Galvani Galvani Galvani 以为此现以为此现以为此现以为此现象为青蛙肌肉所产生的动物电流所致，象为青蛙肌肉所产生的动物电流所致，象为青蛙肌肉所产生的动物电流所致，象为青蛙肌肉所产生的动物电流所致，左左图图是是意意大大利利的的物物理理学学家家伏伏打打1 117991799年年发发明明的的世世界界上上第第一一个个电电池池伏伏打打电电池池，为为纪纪念念他他的的伟伟大大成成就就，科科学学界界将将他他的的姓姓简简化化成成VoltVolt（伏伏特特），作作为电压单位的命名。为电压单位的命名。（伏打电池示意图）（伏打电池示意图）1800 1800 1800 1800 年意大利的物理学家年意大利的物理学家年意大利的物理学家年意大利的物理学家 VoltaVoltaVoltaVolta则透过不同的金则透过不同的金则透过不同的金则透过不同的金属间以一液体相接所形成的伏特电池，说明了青蛙肌肉属间以一液体相接所形成的伏特电池，说明了青蛙肌肉属间以一液体相接所形成的伏特电池，说明了青蛙肌肉属间以一液体相接所形成的伏特电池，说明了青蛙肌肉的收缩实际上是因不同金属片间的电位差透过青蛙肌肉的收缩实际上是因不同金属片间的电位差透过青蛙肌肉的收缩实际上是因不同金属片间的电位差透过青蛙肌肉的收缩实际上是因不同金属片间的电位差透过青蛙肌肉作为电解液而产生的电流所致。作为电解液而产生的电流所致。作为电解液而产生的电流所致。作为电解液而产生的电流所致。氧化还原反应的实质氧化还原反应的实质Zn+2H+=Zn2+H2得得2e-失失2e-能否让氧化还原反应中发生转移的电子按照我们设计的路线定向移动从而形成电流呢将将Zn片插入片插入H2SO4溶液中有什溶液中有什么现象？为什么？么现象？为什么？将将Cu片插入片插入H2SO4溶液中有什溶液中有什么现象？为什么？么现象？为什么？锌片部分溶解，锌片部分溶解，锌片上有气体产生。锌片上有气体产生。铜片不溶解，铜片不溶解，铜片上无气体产生。铜片上无气体产生。问题探究若将若将Zn片片,Cu片用一导线连接片用一导线连接再浸在再浸在H2SO4溶液中，有什么现溶液中，有什么现象？象？将一将一Zn片片,Cu片平行插入片平行插入H2SO4溶液中，有什么现象？溶液中，有什么现象？铜片不溶解，铜片不溶解，但铜片上有气体产生但铜片上有气体产生锌片上有气体产生锌片上有气体产生铜片上无气体产生铜片上无气体产生问题探究问题探究1.铜片上产生铜片上产生H2的原因的原因?问题问题讨论讨论 导线间接一电流计有何导线间接一电流计有何现象产生？现象产生？用一干电池连接电流计验证用一干电池连接电流计验证电子流向，确定电子流向，确定Zn片片,Cu片的片的正负极是怎样的？正负极是怎样的？3.3.电流计指针如何偏转电流计指针如何偏转?2.2.如何检验电子的流动如何检验电子的流动?导线间接一电流计导线间接一电流计电流计指针发生偏转电流计指针发生偏转 ZnZn片负极片负极,Cu,Cu片正极片正极锌片中的阳离子在硫酸等电解质溶液中容易锌片中的阳离子在硫酸等电解质溶液中容易离开电子形成自由离子而进入溶液，而使锌片上离开电子形成自由离子而进入溶液，而使锌片上集累较多的电子，而锌离子在电子的作用下又聚集累较多的电子，而锌离子在电子的作用下又聚集在锌片周围，由于锌离子聚集在锌片周围，也集在锌片周围，由于锌离子聚集在锌片周围，也就阻止了氢离子直接从锌片上得到电子，（相同就阻止了氢离子直接从锌片上得到电子，（相同电荷存在斥力）当然电子就只有从锌片上通过导电荷存在斥力）当然电子就只有从锌片上通过导线流向铜片，并在铜片上与氢离子结合生成氢气。线流向铜片，并在铜片上与氢离子结合生成氢气。这一个得电子的过程比氢离子直接在锌片上得电这一个得电子的过程比氢离子直接在锌片上得电子的速度更快。子的速度更快。为什么用导线连接铜片和锌片后电子就由导为什么用导线连接铜片和锌片后电子就由导线流经铜片来与氢离子结合而不直接在锌片上线流经铜片来与氢离子结合而不直接在锌片上与氢离子结合呢？与氢离子结合呢？CuZn-为什么为什么H+在铜片上得到电子？在铜片上得到电子？Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+-Zn2+H+负极负极正极正极静电静电斥力斥力静电静电引力引力一、原电池：把转化为的装置一、原电池：把转化为的装置总式：总式：Zn+2H+=Zn2+H21 1、工作原理、工作原理锌片锌片：Zn 2e-=Zn2+铜片铜片：2H+2e-=H2e-氧化反应氧化反应(负极负极)还原反应还原反应(正极正极)化学能化学能电能电能Zn-2e-=Zn2+负极：负极：2H+2e-=H2正极：正极：组成原电池应具备哪些条件？组成原电池应具备哪些条件？电电极极：铁钉铁钉碳棒碳棒铜片铜片锌片锌片溶液（液体）：无水乙醇溶液（液体）：无水乙醇稀硫酸溶液稀硫酸溶液醋酸溶液醋酸溶液硫酸铜溶液硫酸铜溶液根据材料随意组合搭配，验证能否形成原电池。根据材料随意组合搭配，验证能否形成原电池。原电池形成条件探究。原电池形成条件探究。形成条件一：形成条件一：活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等（不可以）（不可以）实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件二：电极需插进电解质溶液中；实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件（不可以）（不可以）形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路2、原电池组成条件、原电池组成条件两电极浸入电解质溶液中；两电极浸入电解质溶液中；一、原电池原电池总式：Zn+2H+=Zn2+H21、工作原理、工作原理锌片锌片：Zn 2e-=Zn2+铜片铜片：2H+2e-=H2e-氧化反应氧化反应还原反应还原反应：把化学能转化为电能的装置。把化学能转化为电能的装置。形成闭合回路形成闭合回路(导线连接或直接接触导线连接或直接接触)；能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应活泼性不同的两个电极（金属与金属或金属与石墨）活泼性不同的两个电极（金属与金属或金属与石墨）如何确定原电池电极名称如何确定原电池电极名称(原电池的正极和负极原电池的正极和负极)？3、原电池电极名称的确定方法、原电池电极名称的确定方法根据电极材料确定。根据电极材料确定。活泼金属活泼金属(通常通常)-负极负极不活泼金属或碳棒不活泼金属或碳棒-正极。正极。根据电极反应确定。根据电极反应确定。失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应根据根据外电路外电路中电流方向确定中电流方向确定电流流入电流流入(电子流出电子流出)-电流流出电流流出(电子流入电子流入)-负极负极正极正极负极负极正极正极根据根据内电路内电路中电流方向确定中电流方向确定本节知识要点本节知识要点1、原电池原电池：把把化学能化学能转变为转变为电能电能的装置的装置2、原电池原理原电池原理：活泼金属活泼金属(负极负极)发生氧化反应失去电子发生氧化反应失去电子,电子由负极流出经导线流入正极形成电流电子由负极流出经导线流入正极形成电流.3、原电池的组成条件原电池的组成条件：活泼性不同的两极活泼性不同的两极电解质溶液电解质溶液闭合回路闭合回路能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应4、原电池正、负极的确定方法原电池正、负极的确定方法：电极材料电极材料电极反应电极反应电流方向电流方向ZnZn2e2e=Zn=Zn2+2+2H2H+2e+2e=H=H2 2 氧化反应氧化反应还原反应还原反应负极负极正极正极阳离子阳离子失去电子失去电子溶液中阳离子溶液中阳离子得到电子得到电子阴离子阴离子正极正极负极负极原电池工作原理小结原电池工作原理小结较活泼金属较活泼金属不活泼金属或石墨不活泼金属或石墨CuZnZn2+H+H+电子沿导线传递，产生电流电子沿导线传递，产生电流SO42-e原电池与普通氧化还原反应有何异同原电池与普通氧化还原反应有何异同?uu相同点相同点:uu不同点不同点:n n反应部位反应部位n n反应速率反应速率n n能量变化能量变化 都是氧化还原反应都是氧化还原反应负极失去电子负极失去电子氧氧化反应化反应正极得到电子正极得到电子还还原反应原反应原电池反应速率快原电池反应速率快原电池将化学能原电池将化学能转变为电能转变为电能原电池的氧化原电池的氧化还原反应分别还原反应分别在两个电极上在两个电极上发生发生练习练习1 用足量锌和一定量稀硫酸制取氢气时，保持温用足量锌和一定量稀硫酸制取氢气时，保持温度不变，在不影响生成氢气总量的前提下，若要使度不变，在不影响生成氢气总量的前提下，若要使反应速率减慢，可向稀硫酸中加入一种盐的晶体，反应速率减慢，可向稀硫酸中加入一种盐的晶体，若要使反应速度加快，也可向稀硫酸中另一种盐的若要使反应速度加快，也可向稀硫酸中另一种盐的晶体。这两种盐分别是什么？晶体。这两种盐分别是什么？CH3COONa 、CuSO4练习练习2练习练习3 3现有现有A A、B B、C C、D D四种金属，把四种金属，把A A、B B分别浸分别浸入稀硫酸中，产生气泡都很慢；把入稀硫酸中，产生气泡都很慢；把C C、D D分分别浸入稀硫酸中，产生气泡都很快；把别浸入稀硫酸中，产生气泡都很快；把A A、B B用导线连接浸入稀硫酸中时，用导线连接浸入稀硫酸中时，A A上有上有气泡析出；把气泡析出；把C C浸入浸入D D的硝酸盐溶液中，的硝酸盐溶液中，C C的表面有的表面有D D析出。这四种金属的活动性顺析出。这四种金属的活动性顺序由强到弱为序由强到弱为C CD DB BA A常温下，常温下，CuCu、FeFe作两极，稀硫酸作电解质溶液作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：的原电池中：CuCu作作_极极,Fe,Fe作作_极极电极反应式是：负极电极反应式是：负极_ 正极正极_总反应式是总反应式是_如将稀硫酸改为浓硝酸则：如将稀硫酸改为浓硝酸则：CuCu作作_极极,Fe,Fe作作_极极电极反应式是：负极电极反应式是：负极_ 正极正极_总反应式是总反应式是_Cu+4HNOCu+4HNO3 3(浓浓)=Cu(NO)=Cu(NO3 3)2 2+2NO+2NO2 2+2H+2H2 2O O正正负负Fe-2eFe-2e-=Fe=Fe2+2+2H2H+2e+2e-=H=H2 2Fe+HFe+H2 2SOSO4 4=FeSO=FeSO4 4+H+H2 2负负正正Cu-2eCu-2e-=Cu=Cu2+2+2NO2NO3 3-+4H+4H+2e+2e-=2NO=2NO2 2+2H+2H2 2O O练习练习4普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池镍镍镉镉电电池池镍氢电池镍氢电池银锌纽扣电池银锌纽扣电池锂离子电池锂离子电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池非化学电非化学电池池铅酸蓄电池铅酸蓄电池二、常二、常见化学电源见化学电源负极负极（锌筒）（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+正极正极（石墨）（石墨）：总反应：总反应：1、锌、锌-锰干电池锰干电池2NH4+2MnO2+2e=2NH3+Mn2O3+H2OZn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O二、常二、常见化学电源见化学电源碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极：正极：电池反应：电池反应：电解质：电解质：KOHZnMnO2Zn+2OH-2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2碱性电池碱性电池2、铅蓄电池、铅蓄电池2、铅蓄电池、铅蓄电池负极负极PbPb：Pb+SO42-2e-=PbSO4正极正极PbO2：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电3、锂电池（非水有机溶剂电解液）、锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：负极：2Li-2e=2Li+，正极：正极：I2+2e=2I，总反应：总反应：2Li+I2=2LiI 跟相同质量的其它金属作负极相比，使跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。率高、储存寿命长。电极电极:Pt制作的惰性电极制作的惰性电极电解质溶液电解质溶液:KOH溶液溶液负极负极:2H2-4e-+4OH-4H2O正极正极:O2+2H2O+4e-4OH-总反应总反应：2H2+O22H2O4.氢氧燃料电池氢氧燃料电池若为酸性介质，试写出电极反若为酸性介质，试写出电极反应式？应式？思考思考:负极：负极：2H2-4e-4H+正极正极:O2+4H+4e-2H2O5.5.铝铝-空气空气-海水电池海水电池 1991年，我国首创，用作海上标志灯。以年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。而产电流。负极：负极：4A1-12e-4A13+正极：正极：3O2+6H2O+12e-12OH-总反应式为：总反应式为：4A1+3O2+6H2O4A1(OH)3这种海水电池比这种海水电池比“干电池干电池”的能量高的能量高2050倍。倍。钮扣电池：不锈钢制成一个由钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由盒内靠正极一端填充由Ag2O和和少量石墨组成的正极活性材料，少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内溶液，已知电池内Zn的氧的氧化产物为化产物为ZnO，6、银、银-锌电池锌电池负极：负极：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O正极：正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：总反应：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag三、金属的电化学腐蚀三、金属的电化学腐蚀1、化学腐蚀、化学腐蚀 金属跟接触到的物质直接发生化学反金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。这类反应比较简这类反应比较简单，仅仅是金属跟氧单，仅仅是金属跟氧化剂之间的氧化还原化剂之间的氧化还原反应。反应。左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头放在南极食品罐头放在南极9090多年了，却很少生锈多年了，却很少生锈升温可加快升温可加快金属腐蚀金属腐蚀2、电化学腐蚀、电化学腐蚀 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀叫电化学腐蚀。种腐蚀叫电化学腐蚀。铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？海边的铁制品比较容易生锈，为什么？海边的铁制品比较容易生锈，为什么？原理原理:原电原电池反应可加池反应可加快金属腐蚀快金属腐蚀钢铁的吸氧腐蚀示意钢铁的吸氧腐蚀示意图图负极负极(Fe)2Fe-4e=2Fe2+；正极正极(C)O2+2H2O+4e=4OH-总反应：总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2负极负极(Fe)Fe-2e=Fe2+正极正极(C)2H+2e=H2总反应：总反应：Fe+2H+=Fe2+H2钢铁的析氢腐蚀示意钢铁的析氢腐蚀示意图图两者往往两者往往同时同时发生，电化腐蚀更普遍发生，电化腐蚀更普遍相互相互联系联系较活泼较活泼金属被氧化金属被氧化金属被氧化金属被氧化本质本质有有微弱电流微弱电流产生产生无电流无电流产生产生有无有无电流电流不纯不纯金属或合金金属或合金跟跟电解质溶液电解质溶液及氧化及氧化剂接触剂接触金属跟氧化性物质金属跟氧化性物质直接接触直接接触条件条件电化学腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 小结：小结：金属腐蚀金属腐蚀的分类的分类化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍）(1)1)、改变金属的内部组织结构，如、改变金属的内部组织结构，如(2)(2)、在金属表面覆盖保护层，如、在金属表面覆盖保护层，如(3)(3)、电化学保护法、电化学保护法 在要保护的金属上连接比该金属更活泼的金属或合金在要保护的金属上连接比该金属更活泼的金属或合金不锈钢不锈钢覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的气化膜等氧化成致密的气化膜等3、金属防护的方法、金属防护的方法镀锌铁管镀锌铁管船身如何防腐蚀的？用牺牲锌块的方法来保护用牺牲锌块的方法来保护船身上装锌块船身上装锌块1.表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是（普通铁片更易腐蚀的是（）。）。A白铁（镀锌铁）白铁（镀锌铁）B马口铁（镀锡铁）马口铁（镀锡铁）C镀镍铁镀镍铁D镀铜铁镀铜铁2.下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是慢的顺序是 ABCDBCDA3 3在在装装有有水水的的容容器器中中，用用棉棉线线悬悬挂挂一一个个在在水水中中保保持持平平衡衡的的金金属属棒棒，该该棒棒由由铁铁和和铜铜焊焊接接而而成成，棉棉线线系系在在两两种种金金属属接接缝缝处处（如如图图），再再向向水水中中加加入入少少量量CuSOCuSO4 4，经经过过一一段段时时间间应应看看到到的现象是的现象是 ()()A A铁端将附着铜增重下沉；铁端将附着铜增重下沉；B B铜端将附着铜增重下沉；铜端将附着铜增重下沉；C C铁端将变细减重上升；铁端将变细减重上升；D D铜端粗细不变将下沉铜端粗细不变将下沉BC(1)(1)、若液面上升，则溶液呈、若液面上升，则溶液呈_性，发性，发生生_腐蚀腐蚀,电极反应式为：电极反应式为：负极：负极：_,_,正极：正极：_ _ 4 4、如图、如图,水槽中试管内有一枚铁钉，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：放置数天观察：(2)(2)、若液面下降，则溶液呈、若液面下降，则溶液呈_性，性，发生发生_腐蚀，电极反应式为：腐蚀，电极反应式为：负极：负极：_ _ 正极：正极：_弱酸性或中性弱酸性或中性吸氧吸氧2 2Fe-Fe-4 4e e-2 2FeFe2+2+O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-4OH4OH较强酸性较强酸性析氢析氢Fe-2eFe-2e-FeFe2+2+2H2H+2e+2e-H H2 2 原电池电极反应式的书写注意事项：原电池电极反应式的书写注意事项：（1 1）注意电极反应：负极氧化，正极还原。）注意电极反应：负极氧化，正极还原。（2 2）要注意电荷守恒：）要注意电荷守恒：两电极反应转移的电子数相等；两电极反应转移的电子数相等；有有 可可 能能在在电电极极方方程程式式两两边边添添加加H H+、OHOH-、H H2 2O O等，以遵循电荷守恒和质量守恒。等，以遵循电荷守恒和质量守恒。（3 3）要要注注意意电电极极反反应应产产物物是是否否与与电电解解质质溶溶液液发发生反应。生反应。小结小结练习练习2：蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：生的反应：Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是()A放电时，放电时，Fe是负极，是负极，NiO2是正极是正极 B蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中C充电时，阴极上的电极反应为：充电时，阴极上的电极反应为：Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-D放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 放电放电充电充电B、D练练习习3 3、航航天天技技术术上上使使用用的的氢氢氧氧燃燃料料电电池池具具有有高高能能、轻轻便便、无无污污染染的的优优点点。氢氢氧氧燃燃料料电电池池有有酸酸式式和和碱碱式式两两种种，它它们们放放电电时时的的总总反反应应都都可可以以表表示示为为2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，酸酸式式电电池池中中电电解解质质是是酸酸，其其负负极极反反应应可可表表示示为为2H2H2 2-4e-4e-=4H=4H+，则则其其正正极极反反应应式式为为_ _ _。碱碱式式电电池池的的电电解解质质是是碱碱，其其正正极极反反应应式式为为O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-，则则其负极反应可表示为其负极反应可表示为_ _。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O