2018-2019年高中化學 第04章 電化學基礎 專題4.1 原電池課件 新人教版選修4.ppt

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第四章電化學基礎,4-1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！,（意大利生物學家伽伏尼）,伏打對生物電觀點的質疑（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。,普通干電池,手機電池,鈕扣電池,筆記本電腦專用電池,攝像機專用電池,“神六”用太陽能電池,一、實驗探究：原電池工作原理,交流研討,1．為什么裝置中的銅片上會有氣泡出現(xiàn)呢？該現(xiàn)象和銅片與稀硫酸不反應的結論相矛盾嗎？2．銅片上的電子從哪來？3．鋅片的質量有無變化？溶液中c(H+)如何變化？4．寫出鋅片和銅片上變化的離子方程式。5．電流表中指針發(fā)生偏轉說明有電流通過，這又證明了什么呢？6．根據(jù)物理知識，判斷上述原電池的正負極。,交流研討,,,,,,,Cu,Zn,,,,為什么H+在銅片上得到電子，而不是在鋅片上得到電子？溶液中陰陽離子分別向哪一個電極運動？,Zn2+,負極,正極,,靜電斥力,,,,靜電引力,交流研討,條件一原電池的電極材料,結論一,有兩種活動性不同的金屬（或一種金屬和一種非金屬導體）做電極，較活潑的金屬為負極，較不活潑的金屬（碳棒）為正極．,A,B,銅鋅原電池,條件二溶液的性質,結論二,兩個電極插入電解質溶液中。,兩個電極插入電解質溶液中。,C,銅鋅原電池,,,稀硫酸,Zn,,,,,,稀硫酸,Cu,,,條件三線路的連接,結論三,兩個電極用導線相連構成閉合回路。,D,銅鋅原電池,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Cu,Zn,稀硫酸,,,,Zn2+,H+,,H+,,,,燈泡,等效電路,原電池的正負極判斷,交流研討,正極負極,電流流向,電子流向,,,,負極：電子流出的一極正極：電子流入的一極,歸納總結,還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應,氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應,還原劑失去的電子從鋅極流出,流入銅極.,經外電路,,,,,Zn2+,H+,SO42-,,,,電流方向,,1、原電池是如何構成的？,用_____連接_______________________極板插入____________中。,在原電池中，______金屬極板發(fā)生氧化反應，電子經導線從_______金屬一極流向________金屬極板，溶液中易得到電子的______在不活潑的金屬極板發(fā)生________。在原電池中，相對活潑的金屬為___極，相對不活潑的金屬(或石墨電極)為___極。上述原電池發(fā)生的反應是：在鋅電極(負極)：________________在銅電極(正極)：_________________電子流方向：電子流從原電池的_____經導線流向_____。溶液中離子運動方向：陽離子向____運動，陰離子向____運動。電流方向：電流從原電池的____經導線流向____。再從_____經內電路流向______，從而形成閉合回路。,你知道了嗎？,2、原電池是如何工作的？,導線,兩塊活動性不同的金屬,電解質溶液,較活潑,較活潑,較不活潑,陽離子,還原反應,負,正,Zn-2e-=Zn2+,負極,正極,正極,負極,正極,負極,負極,正極,,1、請你根據(jù)化學反應:Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極反應式。,CuC,FeCl3溶液,2、請判斷右邊原電池的正、負極.,,,A,,,,,,,,NaOH溶液,MgAl,,,,負極：Cu-2e=Cu正極：2Fe+2e=2Fe,-2+,3+-2+,,提示：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,稀硫酸溶液,,學以致用,3.下列說法中正確的是（）A.原電池是把的裝置B.原電池中電子流出的一極是，發(fā)生氧化反應C.原電池兩極氧化反應和還原反應D.原電池中的陽離子向正極移動,D,化學能轉化為電能,電能轉化為化學能,正極,負極,均發(fā)生,分別發(fā)生,學以致用,4.將鋅片和銅片用導線連接置于稀硫酸中,下列說法正確的是()A鋅片的質量逐漸B電流方向是從銅片向鋅片CH+在銅片表面被D極附近SO42-濃度逐漸增大,B,增大,減小,還原,氧化,正,負,學以致用,5.X、Y、Z、W四種金屬片進入稀鹽酸中,用導線連接,可以組成原電池,實驗結果如下圖所示:則四種金屬的活潑性由強到弱的順序為_________________,Z>Y>X>W,學以致用,提出問題：上圖是我們在必修2中學習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，因此不適合實際應用。這是什么原因造成的呢？有沒有什么改進措施？,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阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。,二、對鋅銅原電池工作原理的進一步探究,為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設計如下圖（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：能產生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。,鹽橋制法：1)將熱的瓊膠溶液倒入U形管中(注意不要產生裂隙)，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。,實驗三（書71頁實驗4-1）,實驗探索,實驗現(xiàn)象：,分析：改進后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產生電流？鹽橋在此的作用是什么？,參考教材72頁第三段,有鹽橋存在時電流計指針發(fā)生偏轉，即有電流通過電路。取出鹽橋，電流計指針即回到零點，說明沒有電流通過。,鹽橋的作用：（1）使整個裝置構成通路，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溶液擴散和遷移，陽離子K+則向CuSO4溶液擴散和遷移，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。若電解質溶液與KCl溶液反應產生沉淀，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。,請同學們思考：,上述原電池裝置是將什么反應的化學能轉換成電能的？指出電池的正負極，并分別寫出其中負極和正極的電極反應式以及該電池的總反應方程式。,ZnSO4溶液CuSO4溶液,負極（鋅片）：Zn－2e-=Zn2+（氧化反應）,正極（銅片）：Cu2++2e-=Cu（還原反應）,電池反應（總化學方程式）：Zn+Cu2+=Zn2++Cu,電池符號：Zn︱ZnSO4‖CuSO4︱Cu負極鹽橋正極,（一）對鋅銅原電池工作原理的進一步探究,（二）由兩個半電池組成原電池的工作原理,（1）把氧化反應和還原反應分開在不同區(qū)域進行，再以適當方式連接，可以獲得電流。,①在這類電池中，用還原性較強的物質作為負極，負極向外電路提供電子；用氧化性較強的物質作為正極，正極從外電路得到電子。②在原電池的內部，兩極浸在電解質溶液中，并通過陰陽離子的定向運動而形成內電路。,練習：鋅銅原電池產生電流時，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,①判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極反應式。,CuC,FeCl3溶液,負極：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：即負極與電解質溶液反應,拆成離子方程式：,Cu+2Fe3＋=Cu2＋+2Fe2＋,根據(jù)化合價升降判斷正負極,三、電極方程式的書寫,1.簡單原電池電極方程式的寫法,②請寫出右邊原電池的電極方程式。,總反應方程式：,負極：Al，失e-2Al-6e－＝2Al3+,2Al3++8OH-=2AlO2-+4H2O,負極總反應：2Al+8OH-－6e－＝2AlO2-+4H2O,正極：總反應－負極反應,6H2O＋6e－＝6OH—＋3H2↑,拆成離子方程式：,2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑,根據(jù)化合價升降判斷正負極,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,2.燃料電池電極方程式的寫法總反應：實際上就是燃料的完全燃燒。負極（通入燃料）：為燃料失去電子的氧化反應，正極（通入氧化劑）：為氧化劑得到電子的還原反應。以Pt為電極，電解質溶液為KOH溶液的氫氧燃料電池為例,負極總反應:2H2-4e-+4OH-＝4H2O,正極:總反應－負極反應,總反應：2H2+O2＝2H2O,負極:H2失e－,4H++4OH-＝4H2O,2H2-4e-＝4H＋,O2+2H2O+4e-＝4OH-,3.復雜原電池電極方程式的書寫方法點撥：寫電極方程式的時候，要根據(jù)“得電子顯負電；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↓,正極：PbO2得電子,＋4H＋＋2H2O,正極：PbO2＋SO42－＋2e－＝PbSO4↓,銀鋅電池（電解質為KOH）的電池總反應為：Zn＋Ag2O＝ZnO＋2Ag寫出其正、負極反應。,Zn－2e－＝ZnO,＋2OH－＋H2O,Ag2O＋2e－＝2Ag,＋H2O＋2OH－,負極：,正極：,四、原電池的設計,①活潑性不同的兩種金屬。如鋅銅原電池，鋅作負極，銅作正極②金屬和非金屬。如鋅錳干電池，鋅作負極，石墨棒作正極③金屬和化合物。如鉛蓄電池，鉛版作負極，PbO2作正極④惰性電極。如氫氧燃料電池中，兩根電極均可用Pt,（電池的電極必須導電）,電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應。但若是兩個半反應分別在兩個燒杯中進行，則左右兩個燒杯中的電解質溶液應與電極材料具有相同的陽離子。,請根據(jù)氧化還原反應:Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+設計成原電池。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,負極：正極：電解質溶液：,練一練,若是采用燒杯和鹽橋裝置圖，采用的電解質溶液又是什么？試畫出原電池的裝置簡圖。,1.利用原電池原理設計新型化學電池；,2.改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應制取氫氣；,3.進行金屬活動性強弱比較；,4.電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。,五、原電池的主要應用：,5.解釋某些化學現(xiàn)象,(1)比較金屬活動性強弱。,例1：,下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是,C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；,A.甲和乙用導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–還原反應中，甲比乙失去的電子多；,D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；,（C）,原電池原理應用：,(2)比較反應速率,例2：,,下列制氫氣的反應速率最快的是,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硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液。,D.,（D）,原電池原理應用：,(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),＝,＝3.7510﹣4(mol/L),∴pH＝-lg3.7510－4,＝4-lg3.75,答：……,－0.015,根據(jù)電極反應：,正極：,負極：,Zn－2e-＝Zn2+,2H++2e-＝H2↑,得：,2222.4,xy0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,∴,2H+——2e——H2↑,大,0.015,原電池原理應用：,(5)原電池原理的綜合應用,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?！盁岱蟠笔抢梅懦鰺崃?。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、氯化鈉溶液構成原電池，加速鐵屑的氧化,氯化鈉溶于水、形成電解質溶液,使用“熱敷袋”時受熱均勻,原電池原理應用：,拓展練習（1）若燒杯中溶液為稀硫酸，則觀察到的現(xiàn)象。兩極反應式為：正極；負極。該裝置將能轉化為能。（2）若燒杯中溶液為氫氧化鈉溶液，則負極為，總反應方程為。,,鎂逐漸溶解，鋁極上有氣泡冒出，電流表指針發(fā)生偏轉；,2H++2e—=H2↑,Mg－2e—=Mg2+,化學能,電能,Al,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,小結,１定義:,（1）由兩個半電池組成的鋅銅原電池的工作原理,原電池,,,,把化學能轉化成電能的裝置。,2、原電池的工作原理較活潑的金屬發(fā)生氧化反應,電子從較活潑的金屬(負極)通過外電路流向較不活潑的金屬(正極)。,（2）形成原電池的條件,（3）原電池的正負極的判斷方法,（4）電極材料的選擇（電池的電極必須導電）,B,燃料電池兩極材料可以同是石墨,正極也可以放出H2,正極不參與化學反應,當堂檢測,B,當堂檢測,B,,活潑的為負極,,陽離子移向正極,,Zn在負極上失電子,當堂檢測,解析：Al片和Cu片用導線相連，插入稀H2SO4中時，Al比Cu活潑，Al為負極，失電子被氧化為Al3＋，Cu為正極，溶液中的H＋得電子被還原為H2。,解析：Al片和Cu片用導線相連，插入濃HNO3中時，由于鋁鈍化，不能溶解，Al為正極，Cu為負極，Cu失電子被氧化為Cu2＋。,2Al－6e－===2Al3＋(或Al－3e－===Al3＋),負極,6H＋＋6e－===3H2↑(或2H＋＋2e－===H2↑),正極,2NO3-＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O,能,正極,Cu－2e－===Cu2＋,負極,當堂檢測,