高二化学选修4-原电池课件修改版.ppt

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 一、化学能转化为电能原电池一、化学能转化为电能原电池（1 1）原电池的概念原电池的概念将化学能直接转化为电能的装置将化学能直接转化为电能的装置负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2还原剂还原剂(Zn)失去电失去电子，发生氧化反应子，发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜在铜极上得到电子，极上得到电子，发生还原反应发生还原反应 还原剂还原剂失去的电子失去的电子从锌极流出从锌极流出流入铜极流入铜极经外电路经外电路ZnZn2+2+H+SO42-电流方向电流方向3（2 2）原电池工作原理原电池工作原理（3 3）电极、电极反应式电极、电极反应式Zn片：片：Zn 2e-=Zn2+负极：负极：（失电子，氧化反应）（失电子，氧化反应）Cu片：片：2H+2e-=H2 正极：正极：（得电子，还原反应）（得电子，还原反应）AZnCuSO42H+H+电池反应电池反应+：Zn+2HZn+2H+=Zn=Zn2+2+H+H2 2负极：负极：正极：正极：e-e-电子从负极经外电路流向正极，从而产生电子从负极经外电路流向正极，从而产生电流，使化学能转变成电能。电流，使化学能转变成电能。4实验组别组组组组组组组组是否可形成是否可形成原电池原电池区别区别结论结论可以可以可以可以两极材料不同两极材料不同活泼性不同活泼性不同的两个电极的两个电极可以可以不可以不可以负极：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（4）原电池形成的条件：原电池形成的条件：MgCu橙汁橙汁H2溶液导电性不同溶液导电性不同电极材料均需插入电极材料均需插入电解质电解质溶液中溶液中是否可形成是否可形成原电池原电池组组组组组组区别区别结论结论可以可以不可以不可以可以可以是否可形成是否可形成原电池原电池组组组组区别区别结论结论不可以不可以电解质溶液是否连通电解质溶液是否连通两极相连与电解质溶液必须两极相连与电解质溶液必须形成形成闭合闭合回路回路可以可以：原电池的构成条件：原电池的构成条件能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应两种活泼性不同的电极两种活泼性不同的电极电解质溶液（做原电池的内电路，可能电解质溶液（做原电池的内电路，可能参与反应）参与反应）形成闭合回路形成闭合回路负极：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（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。ABCDEFMN1.1.下列哪几个装置能形成原电池下列哪几个装置能形成原电池？OVXVVXXXXV2 2、如右图所示，组成的原电池：、如右图所示，组成的原电池：（1 1）当电解质溶液为稀）当电解质溶液为稀H H2 2SOSO4 4时：时：ZnZn电极是电极是_（填（填“正正”或或“负负”）极，）极，其电极反应为其电极反应为_，该反应，该反应是是_（填（填“氧化氧化”或或“还原还原”，下同）反应；，下同）反应；CuCu电极是电极是_极，其电极反应为极，其电极反应为_,_,该反应是该反应是_反应。反应。（2 2）当电解质溶液为）当电解质溶液为CuSOCuSO4 4溶液时：溶液时：ZnZn电极电极是是_极，其电极反应为极，其电极反应为_，该反应是该反应是_反应；反应；CuCu电极是电极是_极，极，其电极反应为其电极反应为_,_,该反应该反应_反应反应.负负ZnZn2e2e-=Zn=Zn2+2+氧化氧化正正2H2H+2e+2e-=H=H2 2还原还原负负ZnZn2e2e-=Zn=Zn2+2+氧化氧化正正CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu还原还原锌铜原电池工作原理锌铜原电池工作原理A稀稀H2SO4锌片锌片 铜片铜片提出问题：提出问题：上图是我们在必修上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸中学习过的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？成的呢？有没有什么改进措施？造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，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。阻，使电流不能畅通。二、对锌铜原电池工作原理的进一步探究二、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，设计如下图（书为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图图4-1）所示）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？(1)(1)在探究实验的装置中架上在探究实验的装置中架上盐桥盐桥连通连通,看看有什么现象？有什么现象？电流计指针回到零点，电流计指针回到零点，说明无电流，说明无电流，未构成原电池未构成原电池。电流计指针偏转，电流计指针偏转，有电流通过电路，有电流通过电路，是是原电池原电池装置装置;(2)(2)然后取出盐桥，又将看到什么现象然后取出盐桥，又将看到什么现象?探究实验探究实验盐桥：在盐桥：在U形管中装满用饱和形管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。溶液和琼胶作成的冻胶。ZnSO4Zn CuCuSO4A13分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流分析：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？盐桥在此的作用是什么？盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。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溶液扩散和迁移，阳离子溶液扩散和迁移，阳离子K K+则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁溶液扩散和迁移，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电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶溶液中的液中的 CuCu2+2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KClKCl溶溶液反应产生沉淀，可用液反应产生沉淀，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靠离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，子迁移完成的。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溶液因溶液因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CuCu，使得使得SOSO4 42-2-相对较多而带负电荷。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。铜片，造成电流中断。锌半电池锌半电池铜半电池铜半电池三、由两个半电池组成原电池的工作原理三、由两个半电池组成原电池的工作原理练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（）A 移向移向Zn 极，阴离子移向极，阴离子移向Cu 极极B 移向移向Cu 极，阴离子移向极，阴离子移向Zn 极极C 和阴离子都移向和阴离子都移向Zn极极D 和阴离子都移向和阴离子都移向Cu 极极B原电池的正负极的判断方法原电池的正负极的判断方法根据电子流动方向根据电子流动方向电子流出的极电子流出的极电子流入的极电子流入的极负极负极正极正极 质量增加的电极质量增加的电极工作后工作后 质量减少的电极质量减少的电极较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料负极负极正极正极正极正极负极负极根据电极材料根据电极材料根据原电池电极发生根据原电池电极发生的反应的反应根据电极增重还是减重根据电极增重还是减重根据电解质溶液中离子根据电解质溶液中离子的流向的流向发生氧化反应的极发生氧化反应的极发生还原反应的极发生还原反应的极负极负极正极正极阳离子移向的一极阳离子移向的一极 正极正极阴离子移向的一极阴离子移向的一极 负极负极 质量增加的电极质量增加的电极工作后工作后 质量减少的电极质量减少的电极正极正极负极负极1、根据氧化还原反应电、根据氧化还原反应电子转移判断子转移判断电极反应电极反应。2、根据电极反应确定合、根据电极反应确定合适的适的电极材料电极材料和和电解质电解质溶液溶液四、原电池的设计四、原电池的设计 利用利用Fe+Cu2+=Fe2+Cu，设计设计一个一个原电池。原电池。CuFeCuSO4FeSO4化合价升高化合价升高化合价升高化合价升高 失失失失2e2e-化合价降低化合价降低化合价降低化合价降低 得得得得2e2e-思考讨论：思考讨论：利用此利用此氧化还原氧化还原反应来设计原电池，反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图写出电极反应式。并画出装置图（Cu+2 FeCl3=CuCl2+2FeCl2）化合价降低得化合价降低得2e-Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+化合价升高失化合价升高失化合价升高失化合价升高失2e2e-CuCCuCl2FeCl3装置图装置图离子方程式离子方程式 Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+(1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。原电池原理应用：原电池原理应用：五、原电池的主要应用五、原电池的主要应用：1 1、X X、Y Y、Z Z、W W四种金属片进入稀盐酸中四种金属片进入稀盐酸中,用导线连用导线连接接,可以组成原电池可以组成原电池,实验结果如图所示实验结果如图所示:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为_ Z Y Y X Z W X WZYXW(2)比较反应速率比较反应速率例例2：下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸；B.A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。D.（D）原电池原理应用：原电池原理应用：(3)比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢例例3：下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)原电池原理应用：原电池原理应用：(4)判断溶液判断溶液pH值变化值变化例例5：在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为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升气体，则流过导线的电子为 mol,溶溶液的液的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原电池原理应用：原电池原理应用：1、下列装置中电流表指针会发生偏转的、下列装置中电流表指针会发生偏转的是（是（）32、锌铜原电池产生电流时，阳离子、锌铜原电池产生电流时，阳离子（）A 移向移向Zn 极，阴离子移向极，阴离子移向Cu 极极B 移向移向Cu 极，阴离子移向极，阴离子移向Zn 极极C 和阴离子都移向和阴离子都移向Zn极极D 和阴离子都移向和阴离子都移向Cu 极极B3.3.3.3.一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CuCl2H2SO4CuSO4HCl4、把、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若中，用导线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极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四上有大量气泡产生，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 B5、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，、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；小心的向烧杯中央滴入平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶溶液，片刻后可观察到的现象是液，片刻后可观察到的现象是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DCu+2 AgNO3=Cu(NO3)2 +2Ag化合价升高失化合价升高失化合价升高失化合价升高失2e2e-化合价降低得化合价降低得化合价降低得化合价降低得2e2e-电极：负极是电极：负极是Cu，正极可以是，正极可以是Ag或或C等。等。电极反应式：电极反应式：负极：负极：Cu 2e-=Cu2+正极：正极：2Ag+2e-=2 Ag电解液：电解液：Cu(NO3)2、AgNO3 6、利用下面反应设计原电池选择电极材料和电、利用下面反应设计原电池选择电极材料和电解质溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意解质溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意图。图。CuCCu(NO3)AgNO3一、仅有负极材料参与反应、仅有负极材料参与反应 参与反应的金属电极本身为负极，负极参与反参与反应的金属电极本身为负极，负极参与反应的金属失电子（先写出负极反应式），正极是应的金属失电子（先写出负极反应式），正极是介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸氧、析氧、析Cu、Ag等）。等）。301、酸性较强介质：正极一般是析氢反应。、酸性较强介质：正极一般是析氢反应。负极：负极：Zn-2e-=Zn2+正极：正极：2H+2e-=H2 总反应：总反应：Zn+2H+=H2+Zn2+31六、电极方程式的书写六、电极方程式的书写2 2、碱性介质：正极一般是吸氧反应。、碱性介质：正极一般是吸氧反应。负极：负极：2Fe-4e-=2Fe2+或或 2Fe+2OH-4e-=2Fe(OH)2 正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)232请写出请写出右边原电池的右边原电池的电极方程式。电极方程式。总反应方程式：总反应方程式：负极：负极：AlAl，失，失e e-2Al -6e 2Al -6e 2 2Al3+2Al2Al3+3+8OH+8OH-=2AlO=2AlO2 2-+4H+4H2 2OO 负极总反应：负极总反应：负极总反应：负极总反应：2Al+8OH2Al+8OH-6e6e 2AlO2AlO2 2-+4H+4H2 2O O 正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应6H6H2 2O O 6e6e 6OH6OH 3H3H2 2 Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成离子方程式：拆成离子方程式：2Al+2OH+2H2O =2AlO2+3H2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H23 3、接近中性介质：正极一般是吸氧反应。、接近中性介质：正极一般是吸氧反应。负极：负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2344 4、含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属、含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属（Cu、Ag等）。等）。负极：负极：Fe-2e-=Fe2+正极：正极：Cu2+2e-=Cu总反应：总反应：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+35判断右边原电池的正、负极，并写出电极判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。反应式。Cu CCu CFeClFeCl3 3溶液溶液负极：负极：CuCu 失电子失电子 Cu-2eCu-2e-=Cu=Cu2+2+正极：正极：FeFe3+3+得电子得电子 2Fe2Fe3+3+2e+2e-=2Fe=2Fe2+2+A A Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=CuCl=CuCl2 2+2FeCl+2FeCl2 2先写出总反应：即先写出总反应：即 负极与电解质溶液反应负极与电解质溶液反应拆成离子方程式：拆成离子方程式：Cu +2FeCu +2Fe3 3 =Cu=Cu2 2+2Fe+2Fe2 2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极四、电极方程式的书写四、电极方程式的书写1.简单原电池电极方程式的写法简单原电池电极方程式的写法请写出请写出右边原电池的右边原电池的电极方程式。电极方程式。总反应方程式：总反应方程式：负极：负极：AlAl，失，失e e-2Al -6e 2Al -6e 2 2Al3+2Al2Al3+3+8OH+8OH-=2AlO=2AlO2 2-+4H+4H2 2OO 负极总反应：负极总反应：负极总反应：负极总反应：2Al+8OH2Al+8OH-6e6e 2AlO2AlO2 2-+4H+4H2 2O O 正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应6H6H2 2O O 6e6e 6OH6OH 3H3H2 2 Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成离子方程式：拆成离子方程式：2Al+2OH+2H2O =2AlO2+3H2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H21.1.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型化学电池；2.2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；酸反应制取氢气；3.3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；4.4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，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。而受到保护。如在铁器表面镀锌。五、原电池的主要应用：五、原电池的主要应用：5.5.解释某些化学现象解释某些化学现象 拓展练习拓展练习（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的 现象。现象。两极反应式为：正极两极反应式为：正极 ；负极负极 。该装置将该装置将 能转化为能转化为 能。能。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为则负极为 ，总反应方程为总反应方程为 。镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；2H+2e=H2Mg2e=Mg2+化学能化学能电能电能Al2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2小小 结结定义定义:（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理 原电池原电池把化学能转化成电能的装置。把化学能转化成电能的装置。2、原电池的工作原理、原电池的工作原理较活泼的金属发生氧化反应较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属电子从较活泼的金属(负极负极)通过外电路流向较不活泼的金属通过外电路流向较不活泼的金属(正极正极)。负极 正极电子流向电子流向电流流向电流流向（2 2）形成原电池的条件形成原电池的条件（3）原电池的正负极的判断方法）原电池的正负极的判断方法（4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）电极材料的选择（电池的电极必须导电）