41原电池公开课人教版化学选修.pptx

第四章第四章 电化学基础电化学基础第一节第一节 原电池原电池原电池原电池温故知新温故知新1、原电池：原电池：把把化学能化学能转化为转化为电能电能的装置。的装置。2、构成原电池的条件、构成原电池的条件（1 1 1 1）两极两极两极两极：有两种活泼性不同的金属：有两种活泼性不同的金属：有两种活泼性不同的金属：有两种活泼性不同的金属 （或金属与非金属）；（或金属与非金属）；（或金属与非金属）；（或金属与非金属）；（2 2 2 2）一液一液一液一液：两电极在：两电极在：两电极在：两电极在电解质电解质电解质电解质溶液中；溶液中；溶液中；溶液中；（3 3 3 3）一闭合一闭合一闭合一闭合：形成：形成：形成：形成闭合回路闭合回路闭合回路闭合回路;原电池反应的本质是原电池反应的本质是氧化还原氧化还原反应。反应。CuCu ZnZn2e-CuCu2+2+2e-CuCu2+2+CuCuCuCuZnZn2+2+CuSO4溶液溶液ZnZn2+2+原电池的工作原理原电池的工作原理原理分析原理分析负极负极负极负极:正极：正极：正极：正极：总反应：总反应：Zn+Cu2+Zn2+CuZn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu氧化反应氧化反应氧化反应氧化反应还原反应还原反应还原反应还原反应2.电子流向电子流向：负极流出经导线流向正极，阳离子在正极得电子：负极流出经导线流向正极，阳离子在正极得电子3.离子流向离子流向：阴离子：阴离子 负极，阳离子负极，阳离子 正极正极原电池工作原理小结原电池工作原理小结原电池工作原理小结原电池工作原理小结 1.电极反应电极反应：负极：负极：较活泼的金属较活泼的金属 失去电子失去电子 发生氧化反应；发生氧化反应；正极：正极：不活泼的金属或非金属不活泼的金属或非金属 得到电子得到电子 发生还发生还原反应原反应稀硫酸稀硫酸ZnCuZn2+e-e-H+H+Zn2e-=Zn2+总反应：总反应：2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）锌片：锌片：铜片：铜片：Cu-Zn原电池工作原理原电池工作原理负极：负极：正极：正极：例例1.1.下列装置中能组成原电池的是下列装置中能组成原电池的是()CAZnCuH2SO4CuZnA酒精酒精A BZnH2SO4ACuH2SO4C DACuCuH2SO4例例2 2.一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是 Zn+CuZn+CuZn+CuZn+Cu2+2+2+2+=Zn=Zn=Zn=Zn2+2+2+2+Cu,+Cu,+Cu,+Cu,该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（）CABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl例例3.3.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.Mg B.Fe C.Al D.CuB练习练习.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的电解质溶液的 pH()pH()A A、不变、不变 B B、先变大后变小、先变大后变小 C C、逐渐变大、逐渐变大 D D、逐渐变小、逐渐变小C判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.()()()()()2H2H+2e+2e-H H2 2负极：负极：总反应：总反应：正极正极：Zn Zn 2e2e-ZnZn2+2+Zn+2HZn+2H+ZnZn2+2+H+H2 2 书写书写电极方程式电极方程式方法：方法：1.1.确定负极材料和得电子的物质，确定正负极确定负极材料和得电子的物质，确定正负极产物产物2 2、利用、利用电荷守恒电荷守恒写出电极反应式写出电极反应式Zn-Ag-稀硫酸原电池稀硫酸原电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2Zn+2H+Zn2+H2Fe2e-Fe2+Cu2+2e-CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4Zn-Cu-稀盐酸原电池稀盐酸原电池Fe-Ag-CuSO4原电池原电池 把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生极上产生大量气泡，大量气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ()Aa b c d Ba c d b Cc a b.d Db d c a B 请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe+CuFe+Cu2+2+=Cu+Fe=Cu+Fe2+2+设计成一个原电池。设计成一个原电池。1、电解液：、电解液：。2、电极材、电极材料：料：正极正极 ，负极，负极 。3、电极反应式电极反应式：负极负极:.正极正极:.1 1、电解液：、电解液：硫酸铜、氯化铜、硝硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液酸铜等可溶性铜盐溶液 2 2、电极材料：、电极材料：负极：铁，负极：铁，正正极极：铜铜、石石墨墨或或比比铁不活泼的其他金属铁不活泼的其他金属 原电池的设计原电池的设计 Fe 2e-=Fe 2+Cu2+2e-=Cu 问题问题：下图是我们在必修下图是我们在必修2中学习过的锌片和铜片与中学习过的锌片和铜片与CuSO4构成的原电池，如果用它做电源，不但效率低，构成的原电池，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？这是什么原因造成的呢？原原 电电 池池原因原因：由于锌片与硫酸铜溶液直：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，会有铜在锌片表面析出，接接触，会有铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。就没有电流产生。CuSO4 溶液溶液 2 2、盐桥的作用：、盐桥的作用：（1 1）使两溶液保持电中性）使两溶液保持电中性，。，。（2 2）形成闭合回路）形成闭合回路 双液原电池双液原电池1、盐桥中装有饱和的、盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出胶冻的作用是防止管中溶液流出。K+和和Cl-能在胶冻内自由移动。能在胶冻内自由移动。3 3、双液原电池的优点：、双液原电池的优点：能产生持续、稳定的电流。能产生持续、稳定的电流。能产生持续、稳定的电流。能产生持续、稳定的电流。盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）使整个装置）使整个装置构成通路构成通路，代替两溶液直接接触，代替两溶液直接接触。得出结论得出结论 由于盐桥（如由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中阴离子）的存在，其中阴离子ClCl-向向ZnSOZnSO4 4溶液扩溶液扩散和迁移，阳离子散和迁移，阳离子K K+则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的溶液扩散和迁移，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锌片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的 CuCu2+2+几乎完全沉淀下来。几乎完全沉淀下来。若若电解电解质溶液与质溶液与KClKCl溶液反应产生沉淀，可用溶液反应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。（2 2）平衡电荷平衡电荷。在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是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靠离子迁移完成成的。的。取出盐桥，取出盐桥，ZnZn失去电子形成的失去电子形成的ZnZn2+2+进入进入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，ZnSOZnSO4 4溶液溶液因因ZnZn2+2+增多而带正电荷。同时，增多而带正电荷。同时，CuSOCuSO4 4则由于则由于CuCu2+2+变为变为Cu Cu，使得，使得 SOSO4 42-2-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。由两个半电池组成原电池的工作原理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）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。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。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。离子的定向运动而形成内电路。（2 2）探究）探究组成原电池的条件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：u还原剂和氧化产物为还原剂和氧化产物为负极负极的的半电池半电池u氧化剂和还原产物为氧化剂和还原产物为正极正极的的半电池半电池Zn+2Ag+=Zn2+2Agu根据电极反应确定合适的电极材料根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液和电解质溶液u外电路外电路用导线连通，可以接用电器用导线连通，可以接用电器u内电路内电路是将电极浸入电解质溶液中，是将电极浸入电解质溶液中，并通过并通过盐桥盐桥沟通内电路沟通内电路能产生稳定、持续电流的原电能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件？池应具备什么条件？1.1.要有导电性不同的两个电极要有导电性不同的两个电极2.2.两个半反应在不同的区域进行两个半反应在不同的区域进行3.3.用导线和盐桥分别将两个半电用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起池连接在一起小结小结双液原电池的工作原理双液原电池的工作原理盐桥中盐桥中Cl-向锌盐方向移动，向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使向铜盐方向移动，使Zn盐和盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向极流向Cu极，使电流持续传导。极，使电流持续传导。Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu总反应：总反应：Zn+Cu2+Zn2+Cu两个原电池装置两个原电池装置本质上本质上是是完全相同的。完全相同的。原电池的工作原理练习：练习：为了获得较长时间的稳定电流为了获得较长时间的稳定电流,如何将由如何将由“Zn-稀稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）组成的原电池（如左下图）进行简单改装？进行简单改装？CuZnH2SO4AZnSO4H2SO4AZn Cu请将氧化还原反应请将氧化还原反应 Cu+2Ag+=Cu2+2Ag 设计成一个设计成一个能产生持续、稳定电流的原电池装置能产生持续、稳定电流的原电池装置CuCuSO4AgAgNO3利用反应利用反应Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2，设计一个单液原电池，一个双液原电池设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。并写出电极反应。(+)(-)G Cu Pt FeCl3溶液溶液负极（负极（Cu）：）：Cu-2e-=Cu2+（氧化反应）（氧化反应）正极（正极（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（还原反应）(+)(-)盐桥盐桥Cu C CuCl2溶液溶液FeCl3溶液溶液 G 原电池的原电池的设计设计练习练习1.在盛有稀在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是确的是()(A)正极附近的正极附近的SO42 离子浓度逐渐增大离子浓度逐渐增大(B)电子通过导线由铜片流向锌片电子通过导线由铜片流向锌片(C)正极有正极有O2逸出逸出(D)铜片上有铜片上有H2逸出逸出D巩固练习巩固练习练习练习2、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是溶液，片刻后可观察到的现象是(D)A.铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状态保持平衡状态C.铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D.银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜练习练习3.依据氧化还原反应：依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图设计的原电池如图所示。所示。盐桥盐桥XYACuSO4溶液溶液电流计电流计Ag请回答下列问题：请回答下列问题：(1)电极电极X的材料是的材料是_；电解质溶液电解质溶液Y是是_；(2)银电极为电池的银电极为电池的_极，极，发生的电极反应为发生的电极反应为_X电极上发生的电极反应为电极上发生的电极反应为_；(3)外电路中的电子是从外电路中的电子是从_电极流向电极流向_电极。电极。铜铜(或或Cu)AgNO3溶液溶液正正Age=AgCu-2e=Cu2负负(Cu)正正(Ag)1.在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓溶液的浓度为度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置若工作一段时间后，从装置中共收集到中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子升气体，则流过导线的电子为为 mol,溶液的溶液的pH值变值变_？（溶液体积变化忽略不计）（溶液体积变化忽略不计）0.2解得：解得：y 0.015(mol)x 0.015(mol)3.75 10 4(mol/L)pH-lg3.75 1044-lg3.75 答：答：0.015根据电极反应：根据电极反应：正极：正极：负极：负极：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2得：得：2 2 22.4x y 0.168解：解：0.20.1252c(H+)余余2H+2eH2大大0.015拓展提高拓展提高2.2.市场上出售的市场上出售的“热敷袋热敷袋”，其主要成分是：，其主要成分是：铁屑、炭粉、木屑与少量铁屑、炭粉、木屑与少量NaClNaCl、水、水等。它在等。它在使用之前，需要塑料袋与空气隔绝。使用时使用之前，需要塑料袋与空气隔绝。使用时开启塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量开启塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量放出。当使用完后还会发现有铁锈生成。放出。当使用完后还会发现有铁锈生成。(1)热敷袋使用时，为什么会放出热量？热敷袋使用时，为什么会放出热量？(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。试写出有关的电极反应式和化学方程式。(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？么作用？(1)热敷袋使用时，为什么会放出热量？热敷袋使用时，为什么会放出热量？(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。试写出有关的电极反应式和化学方程式。利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。负极：负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：总反应：4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？用？碳粉碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。构成原电池，加速铁屑的氧化。氯化钠氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。溶于水，形成了电解质溶液。