原電池 示例1.ppt

1、第四章 電化學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié) 原 電 池,1780年，伽伐尼(Galvani,L.) 青蛙抽搐實驗。,原電池的雛形,理論解釋 ：生物電觀點,伏打?qū)ι镫娪^點的質(zhì)疑 （Volta,A.1745-1827）,1800年建立伏打電堆模型。,伏打電池是 實用電池的開端。,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： 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CuS

2、O4溶液時： 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 - = Zn 2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2,還原,負(fù),Zn 2e - = Zn 2+,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 鹽橋,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)

3、,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：失電子的一極向得電子的一極,電流方向：與電子流動方向相反,陰離子流動方向與電子流動方向一致,陽離子流動方向與電流方向一致,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,？提出問題： 上圖是我們在必修2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，而且時間稍長 電流就很快減弱，因此

4、不適合實際應(yīng)用。這是什么原因造 成的呢？有沒有什么改進(jìn)措施？,學(xué)生討論：,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)計如下圖（書P76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： 能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。,實驗三（書76頁實驗4-1）,實驗探索,實驗現(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？,參考重難點手冊P194-195或教材77頁,有鹽橋存在時電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電

5、流通過電路。 取出鹽橋，電流計指針即回到零點，說明沒有電流通過。,鹽橋制法：1)將熱的瓊膠溶液倒入U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形管，用棉花都住管口即可。,鹽橋的作用： （1）使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。,得出結(jié)論,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

6、應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。,（2）平衡電荷。 在整個裝置的電流回路中，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，CuSO4則由于Cu2+ 變?yōu)镃u ，使得 SO42-相對較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。,請同學(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 - = Zn 2+

7、（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+ = Zn 2+ + Cu,電池符號： Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 負(fù)極 鹽橋 正極,一、對鋅銅原電 池工作原理的進(jìn)一步探究,?,二、由兩個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動而形成內(nèi)電路。,（2）探究組成原電池的條件,

8、練習(xí)：鋅銅原電池產(chǎn)生電流時，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,實驗探究形成原電池的條件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成條件一： 活潑性不同的兩個電極,負(fù)極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬、石墨等,第一組實驗,（可以）,（不可以）,形成條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中；,第二組實驗,實驗探究形成原電池的條件,第三組實驗,實驗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）有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬單質(zhì)或

9、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)。,A,B,C,D,E,F,M,N,1.下列哪幾個裝置能形成原電池？,O,V,X,V,V,X,X,X,X,V,原電池構(gòu)成條件,典型例題：,2.一個電池反應(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,原電池構(gòu)成條件,典型例題：,（3）原電池的正負(fù)極的判斷方法,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

10、極為正極,發(fā)生氧化反應(yīng)的極 發(fā)生還原反應(yīng)的極,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，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，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,典型例題：,3.把a、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，a為負(fù)極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強(qiáng)到弱的為 ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a

11、b . d Db 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,?,（4）電解質(zhì)溶液和電極材料的選擇,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

12、與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個半反應(yīng)分別在兩個燒杯中進(jìn)行，則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng) 與電極材料具有相同的陽離子。,請根據(jù)氧化還原反應(yīng) : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 設(shè)計成原電池。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？試畫出原電池的裝置簡圖。,針對習(xí)題：優(yōu)化P96-97 9、10、13題。,歸納總結(jié) 原電池設(shè)計思路：,)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),)通常須兩個活性不

13、同的電極,)電解質(zhì)溶液,)還原劑在負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化劑在正極得電子,發(fā)生還原反應(yīng),1.利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池；,2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣；,3.進(jìn)行金屬活動性強(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。,三、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.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的

14、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：,(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

15、中，200mLH2SO4 溶液的濃度為0.125mol/L , 若工作一段時間后，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）,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：,(5)原電池原理的綜合應(yīng)

16、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，打開塑料袋輕輕揉搓就會放出熱量。使用完后，會發(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”時受熱均勻,原電池原理應(yīng)用：,已知反應(yīng)AsO43+2I+2H+ AsO3+I2+H2O 是可逆反應(yīng)設(shè)計如圖裝置，進(jìn)行下述操作： ()向(B)燒杯中逐滴加入濃鹽酸，發(fā)現(xiàn)微安培表 指針偏轉(zhuǎn)；()若

17、改往(B)燒杯中滴加40NaOH 溶液，發(fā)現(xiàn)微安培表指針向前述相反方向偏轉(zhuǎn) 試回答： (1)兩次操作過程中指針為什么會發(fā)生偏轉(zhuǎn)? 答： 。 (2)兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)方向為什么會相反?試用平衡移動原理解釋此現(xiàn)象 答：_。 (3)()操作過程中C1棒上發(fā)生的反應(yīng)為 。 (4)()操作過程中C2棒上發(fā)生的反應(yīng)為 。,這是原電池，指針偏轉(zhuǎn)是由于電子流過電流表,B中加鹽酸，AsO43發(fā)生得電子反應(yīng)為正極；而當(dāng)加入NaOH后，AsO33發(fā)生失電子反應(yīng)，為負(fù)極；,2I2e =I2,AsO332e+2OH = AsO43+H2O,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 。 該裝置將 能轉(zhuǎn)化為 能。 （2）若燒杯中溶液為氫氧化鈉溶液， 則負(fù)極為 ， 總反應(yīng)方程為 。,鎂逐漸溶解，鋁極上有氣泡冒出，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；,2H+2e=H2,Mg2e=Mg2+,化學(xué)能,電能,Al,2Al+2NaOH+2H2O=2Na