高中化學(xué)選修四課件：原電池(人教版).ppt

第四章電化學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié)原電池 1 電化學(xué) 2 從反應(yīng)產(chǎn)物與電流的關(guān)系分類 閱讀教材P70回答 研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置 過程和效率的科學(xué) 產(chǎn)生電流的反應(yīng) 原電池 借助電流而發(fā)生的反應(yīng) 電解池 復(fù)習(xí)回顧 1 原電池是 的裝置 原電池反應(yīng)的本質(zhì)是 反應(yīng) 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 氧化還原反應(yīng) 2 如右圖所示 組成的原電池 1 當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀H2SO4時(shí) Zn電極是 填 正 或 負(fù) 極 其電極反應(yīng)為 該反應(yīng)是 填 氧化 或 還原 下同 反應(yīng) Cu電極是 極 其電極反應(yīng)為 該反應(yīng)是 反應(yīng) 2 當(dāng)電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液時(shí) Zn電極是 極 其電極反應(yīng)為 該反應(yīng)是 反應(yīng) Cu電極是 極 其電極反應(yīng)為 該反應(yīng) 反應(yīng) 負(fù) Zn 2e Zn2 氧化 正 2H 2e H2 還原 負(fù) Zn 2e Zn2 氧化 正 Cu2 2e Cu 還原 氧化反應(yīng) Zn 2e Zn2 銅鋅原電池 電解質(zhì)溶液 失e 沿導(dǎo)線傳遞 有電流產(chǎn)生 還原反應(yīng) Cu2 2e Cu 陰離子 陽離子 總反應(yīng) 負(fù)極 正極 Cu2 2e Cu Zn 2e Zn2 Zn Cu2 Zn2 Cu Zn CuSO4 ZnSO4 Cu 離子方程式 化學(xué)方程式 電極反應(yīng) 正極 負(fù)極 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 陽離子 原電池原理 外電路 內(nèi)電路 與原電池相關(guān)的概念 1 電路 外電路 內(nèi)電路 電子流向 負(fù)極流向正極 電流方向 正極流向負(fù)極 陰離子流向負(fù)極 陽離子流向正極 2 電極 正極 電子流入的一極 負(fù)極 電子流出的一極 3 電極反應(yīng)式 正極 2H 2e H2 負(fù)極 Zn 2e Zn2 4 總反應(yīng)式 Zn 2H Zn2 H2 鋅銅原電池工作原理 提出問題 上圖是我們?cè)诒匦?中學(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片置于稀硫酸的原電池 如果用它做電源 不但效率低 而且時(shí)間稍長電流就很快減弱 因此不適合實(shí)際應(yīng)用 這是什么原因造成的呢 有沒有什么改進(jìn)措施 造成的主要原因 由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡 把銅極跟稀硫酸逐漸隔開 這樣就增加了電池的內(nèi)阻 使電流不能暢通 這種作用稱為極化作用 一 對(duì)鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究 為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象 設(shè)計(jì)如下圖 書P71圖4 1 所示的原電池裝置 你能解釋它的工作原理嗎 此電池的優(yōu)點(diǎn) 能產(chǎn)生持續(xù) 穩(wěn)定的電流 鹽橋制法 1 將熱的瓊膠溶液倒入U(xiǎn)形管中 注意不要產(chǎn)生裂隙 將冷卻后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的飽和溶液中即可 2 將KCl或NH4NO3的飽和溶液裝入U(xiǎn)形管 用棉花都住管口即可 實(shí)驗(yàn)三 書71頁實(shí)驗(yàn)4 1 實(shí)驗(yàn)探索 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 分析 改進(jìn)后的裝置為什么能夠持續(xù) 穩(wěn)定的產(chǎn)生電流 鹽橋在此的作用是什么 參考教材72頁第三段 有鹽橋存在時(shí)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 即有電流通過電路 取出鹽橋 電流計(jì)指針即回到零點(diǎn) 說明沒有電流通過 鹽橋的作用 1 使整個(gè)裝置構(gòu)成通路 代替兩溶液直接接觸 由于鹽橋 如KCl 的存在 其中陰離子Cl 向ZnSO4溶液擴(kuò)散和遷移 陽離子K 則向CuSO4溶液擴(kuò)散和遷移 分別中和過剩的電荷 保持溶液的電中性 因而放電作用不間斷地進(jìn)行 一直到鋅片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2 幾乎完全沉淀下來 若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀 可用NH4NO3代替KCl作鹽橋 2 平衡電荷 在整個(gè)裝置的電流回路中 溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的 取出鹽橋 Zn失去電子形成的Zn2 進(jìn)入ZnSO4溶液 ZnSO4溶液因Zn2 增多而帶正電荷 同時(shí) CuSO4則由于Cu2 變?yōu)镃u 使得SO42 相對(duì)較多而帶負(fù)電荷 溶液不保持電中性 這兩種因素均會(huì)阻止電子從鋅片流向銅片 造成電流中斷 請(qǐng)同學(xué)們思考 上述原電池裝置是將什么反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的 指出電池的正負(fù)極 并分別寫出其中負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式以及該電池的總反應(yīng)方程式 ZnSO4溶液CuSO4溶液 負(fù)極 鋅片 Zn 2e Zn2 氧化反應(yīng) 正極 銅片 Cu2 2e Cu 還原反應(yīng) 電池反應(yīng) 總化學(xué)方程式 Zn Cu2 Zn2 Cu 電池符號(hào) Zn ZnSO4 CuSO4 Cu負(fù)極鹽橋正極 一 對(duì)鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究 二 由兩個(gè)半電池組成原電池的工作原理 1 把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行 再以適當(dāng)方式連接 可以獲得電流 在這類電池中 用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極 負(fù)極向外電路提供電子 用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作為正極 正極從外電路得到電子 在原電池的內(nèi)部 兩極浸在電解質(zhì)溶液中 并通過陰陽離子的定向運(yùn)動(dòng)而形成內(nèi)電路 練習(xí) 鋅銅原電池產(chǎn)生電流時(shí) 陽離子 A移向Zn極 陰離子移向Cu極B移向Cu極 陰離子移向Zn極C和陰離子都移向Zn極D和陰離子都移向Cu極 B 二 實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件 可以 可以 可以 不可以 形成條件一 活潑性不同的兩個(gè)電極 負(fù)極 較活潑的金屬正極 較不活潑的金屬 石墨等 可以 不可以 形成條件二 電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中 實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件 實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件 形成條件三 必須形成閉合回路 不可以 可以 2 組成原電池的條件 1 有兩種活動(dòng)性不同的金屬 或一種是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物 作電極 2 電極材料均插入電解質(zhì)溶液中 3 兩極相連形成閉合電路 4 內(nèi)部條件 能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng) 1 下列哪幾個(gè)裝置能形成原電池 A B C D E F M N O V X V V X X X X V 2 一個(gè)電池反應(yīng)的離子方程式是Zn Cu2 Zn2 Cu 該反應(yīng)的的原電池正確組合是 C 三 原電池的正負(fù)極的判斷方法 微觀判斷 根據(jù)電子流動(dòng)方向 電子流出的極電子流入的極 負(fù)極 正極 較活潑的電極材料較不活潑的電極材料 質(zhì)量增加的電極工作后質(zhì)量減少的電極 負(fù)極 正極 正極 負(fù)極 工作后 有氣泡冒出的電極為正極 發(fā)生氧化反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極 宏觀判斷 根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生的反應(yīng) 根據(jù)電極增重還是減重 根據(jù)電極有氣泡冒出 負(fù)極 正極 1 某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣 該金屬與鋅組成原電池時(shí) 鋅為負(fù)極 此金屬是 A MgB FeC AlD Cu B 2 由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí) 電解質(zhì)溶液的pH A 不變B先變大后變小C逐漸變大D 逐漸變小 C 3 把a(bǔ) b c d四塊金屬片浸入稀硫酸中 用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池 若a b相連時(shí) a為負(fù)極 c d相連時(shí) 電流由d到c a c相連時(shí) c極上產(chǎn)生大量氣泡 b d相連時(shí) b上有大量氣泡產(chǎn)生 則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為 A a b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 4 如圖所示 在鐵圈和銀圈的焊接處 用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中 使之平衡 小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液 片刻后可觀察到的現(xiàn)象是 D A 鐵圈和銀圈左右搖擺不定B 保持平衡狀態(tài)C 鐵圈向下傾斜 銀圈向上傾斜D 銀圈向下傾斜 鐵圈向上傾斜 判斷右邊原電池的正 負(fù)極 并寫出電極反應(yīng)式 CuC FeCl3溶液 負(fù)極 Cu失電子Cu 2e Cu2 正極 Fe3 得電子2Fe3 2e 2Fe2 Cu 2FeCl3 CuCl2 2FeCl2 先寫出總反應(yīng) 即負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng) 拆成離子方程式 Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極 三 電極方程式的書寫 1 簡單原電池電極方程式的寫法 請(qǐng)寫出右邊原電池的電極方程式 總反應(yīng)方程式 負(fù)極 Al 失e 2Al 6e 2Al3 2Al3 8OH 2AlO2 4H2O 負(fù)極總反應(yīng) 2Al 8OH 6e 2AlO2 4H2O 正極 總反應(yīng) 負(fù)極反應(yīng) 6H2O 6e 6OH 3H2 拆成離子方程式 2Al 2OH 2H2O 2AlO2 3H2 根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 2 燃料電池電極方程式的寫法總反應(yīng) 實(shí)際上就是燃料的完全燃燒 負(fù)極 通入燃料 為燃料失去電子的氧化反應(yīng) 正極 通入氧化劑 為氧化劑得到電子的還原反應(yīng) 以Pt為電極 電解質(zhì)溶液為KOH溶液的氫氧燃料電池為例 負(fù)極總反應(yīng) 2H2 4e 4OH 4H2O 正極 總反應(yīng) 負(fù)極反應(yīng) 總反應(yīng) 2H2 O2 2H2O 負(fù)極 H2失e 4H 4OH 4H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 3 復(fù)雜原電池電極方程式的書寫方法點(diǎn)撥 寫電極方程式的時(shí)候 要根據(jù) 得電子顯負(fù)電 失電子顯正電 的原則 利用 電荷守恒 通過巧用H OH 和水寫出電極方程式 Pb SO42 2e 2PbSO4 負(fù)極 Pb失電子 4H 2H2O PbO2 SO42 2e PbSO4 正極 PbO2得電子 銀鋅電池 電解質(zhì)為KOH 的電池總反應(yīng)為 Zn Ag2O ZnO 2Ag寫出其正 負(fù)極反應(yīng) Zn 2e ZnO 2OH H2O Ag2O 2e 2Ag H2O 2OH 負(fù)極 正極 四 原電池的設(shè)計(jì) 活潑性不同的兩種金屬 如鋅銅原電池 鋅作負(fù)極 銅作正極 金屬和非金屬 如鋅錳干電池 鋅作負(fù)極 石墨棒作正極 金屬和化合物 如鉛蓄電池 鉛版作負(fù)極 PbO2作正極 惰性電極 如氫氧燃料電池中 兩根電極均可用Pt 電池的電極必須導(dǎo)電 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng) 但若是兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)燒杯中進(jìn)行 則左右兩個(gè)燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子 請(qǐng)根據(jù)氧化還原反應(yīng) Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 設(shè)計(jì)成原電池 你有哪些可行方案 CuCu 2e Cu2 比Cu不活潑的金屬或石墨2Fe3 2e 2Fe2 Fe2 SO4 3 FeCl3等 負(fù)極 正極 電解質(zhì)溶液 練一練 若是采用燒杯和鹽橋裝置圖 采用的電解質(zhì)溶液又是什么 試畫出原電池的裝置簡圖 1 利用原電池原理設(shè)計(jì)新型化學(xué)電池 2 改變化學(xué)反應(yīng)速率 如實(shí)驗(yàn)室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣 3 進(jìn)行金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱比較 4 電化學(xué)保護(hù)法 即將金屬作為原電池的正極而受到保護(hù) 如在鐵器表面鍍鋅 五 原電池的主要應(yīng)用 5 解釋某些化學(xué)現(xiàn)象 1 比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 例1 下列敘述中 可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是 C 將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極 A 甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中 乙溶解 甲上有H2氣放出 B 在氧化 還原反應(yīng)中 甲比乙失去的電子多 D 同價(jià)態(tài)的陽離子 甲比乙的氧化性強(qiáng) C 原電池原理應(yīng)用 2 比較反應(yīng)速率 例2 下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是 粗鋅和1mol L鹽酸 B A 純鋅和1mol L硫酸 純鋅和18mol L硫酸 C 粗鋅和1mol L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液 D D 原電池原理應(yīng)用 3 比較金屬腐蝕的快慢 例3 下列各情況 在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是 5 2 1 3 4 原電池原理應(yīng)用 例4 下列裝置中四塊相同的Zn片 放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是 4 2 1 3 4 判斷溶液pH值變化 例5 在Cu Zn原電池中 200mLH2SO4溶液的濃度為0 125mol L 若工作一段時(shí)間后 從裝置中共收集到0 168L升氣體 則流過導(dǎo)線的電子為 mol 溶液的pH值變 溶液體積變化忽略不計(jì) 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 根據(jù)電極反應(yīng) 正極 負(fù)極 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 得 2222 4 xy0 168 解 0 2 0 125 2 c H 余 2H 2e H2 大 0 015 原電池原理應(yīng)用 5 原電池原理的綜合應(yīng)用 例6 市場上出售的 熱敷袋 的主要成分為鐵屑 炭粉 木屑 少量氯化鈉和水等 熱敷袋 啟用之前用塑料袋使其與空氣隔絕 啟用時(shí) 打開塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量 使用完后 會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在 熱敷袋 是利用放出熱量 2 炭粉的主要作用是 3 加入氯化鈉的主要作用是 4 木屑的作用是 鐵被氧化 與鐵屑 氯化鈉溶液構(gòu)成原電池 加速鐵屑的氧化 氯化鈉溶于水 形成電解質(zhì)溶液 使用 熱敷袋 時(shí)受熱均勻 原電池原理應(yīng)用 拓展練習(xí) 1 若燒杯中溶液為稀硫酸 則觀察到的現(xiàn)象 兩極反應(yīng)式為 正極 負(fù)極 該