高中化學(xué)選修四原電池人教版PPT課件

1、.,1,第四章 電化學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié) 原電池,.,2,1、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(guò)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,.,3,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_(kāi)，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

2、 是_極，其電極反應(yīng)為_(kāi)， 該反應(yīng)是_反應(yīng)；Cu電極是_極， 其電極反應(yīng)為_(kāi),該反應(yīng)_反應(yīng).,負(fù),Zn2e- = Zn2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2,還原,負(fù),Zn2e- =Zn2+,氧化,正,Cu2+ +2e- = Cu,還原,.,4,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(yáng)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

3、反應(yīng)）,陽(yáng)離子,原 電 池 原 理,外電路,內(nèi)電路,.,5,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(yáng)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： Zn2e- Zn2+,4.總反應(yīng)式：,Zn+ 2H+ Zn2+ + H2,.,6,鋅銅原電池工作原理,.,7,提出問(wèn)題： 上圖是我們?cè)诒匦?中學(xué)習(xí)過(guò)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(zhǎng) 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(méi)有什

4、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(kāi)，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(shū)P71圖4-1）所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？,.,8,.,9,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。,.,10,實(shí)驗(yàn)三（書(shū)71頁(yè)實(shí)驗(yàn)4-1）,實(shí)驗(yàn)探索,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

5、,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(yè) 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(guò)電路。 取出鹽橋，電流計(jì)指針即回到零點(diǎn)，說(shuō)明沒(méi)有電流通過(guò)。,.,11,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(yáng)離子K+則向CuSO4溶液擴(kuò)散和遷移，分別中和過(guò)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(lái)。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）

6、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。,.,12,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(xiě)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）： Zn2e- =Zn2+ （氧化反應(yīng)）,正極（銅片）： Cu2+ +2e-=Cu （

7、還原反應(yīng)）,電池反應(yīng)（總化學(xué)方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + 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,?,.,13,二、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(kāi)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(guò)陰陽(yáng)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(yáng)離子（ ） A 移向Zn 極，陰離子移向Cu 極 B

8、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,.,14,二、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,.,15,（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,.,16,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,.,17,（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

9、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)。,.,18,1.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,.,19,2.一個(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,.,20,三、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

10、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,.,21,1.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.Mg B.Fe C.Al D.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,.,22,3.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 ( ) Aa b c

11、d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,.,23,4、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,?,.,24,判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。,Cu C,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

12、,先寫(xiě)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(shū)寫(xiě),1.簡(jiǎn)單原電池電極方程式的寫(xiě)法,.,25,請(qǐng)寫(xiě)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

13、 + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,.,26,2.燃料電池電極方程式的寫(xiě)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+ O22H2O,負(fù)極: H2 失e,4H+ + 4OH- 4H2O,2H2 - 4e- 4 H,O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,.,27,3.復(fù)雜原電池電極方程式的書(shū)寫(xiě) 方法點(diǎn)撥：寫(xiě)電極方程式的時(shí)候，要根據(jù)“

14、得電子顯負(fù)電；失電子顯正電”的原則， 利用“電荷守恒”，通過(guò)巧用H、OH和水寫(xiě)出電極方程式,Pb SO42 2e 2PbSO4,負(fù)極： Pb失電子,4H 2H2O,PbO2SO42 2e PbSO4,正極： PbO2 得電子,.,28,銀鋅電池（電解質(zhì)為KOH）的電池總反應(yīng)為： Zn Ag2O ZnO 2Ag 寫(xiě)出其正、負(fù)極反應(yīng)。,Zn 2e ZnO,2 OH H2O,Ag2O 2e 2Ag,H2O 2OH,負(fù)極：,正極：,.,29,四、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)

15、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(yáng)離子。,.,30,請(qǐng)根據(jù)氧化還原反應(yīng) : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 設(shè)計(jì)成原電池。你有哪些可行方案?,Cu Cu 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(huà)出原電池的裝置簡(jiǎn)圖。,

16、.,31,1.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,.,32,(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。,例1：,下列敘述中，可以說(shuō)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(yáng)離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；,（C）,原電池原理應(yīng)用：,.,33,(2)比較反應(yīng)速率,例2

17、：,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18 mol/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：,.,34,(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：,.,35,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),.,36,(4)判斷溶液pH值變化,例5：,在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃

18、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(guò)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 -lg3.75 104,4 -lg3.75,答：,0.015,根據(jù)電極反應(yīng)：,正極：,負(fù)極：,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y 0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,大,0.015,原電池原理應(yīng)用：,.,37,(5)原電池原理的綜合應(yīng)用,例6：市場(chǎng)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(kāi)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：,.,38,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