2018-2019年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專(zhuān)題4.1 原電池課件 新人教版選修4.ppt

第四章電化學(xué)基礎(chǔ),4-1原電池,1780年，伽伐尼(Galvani,L.)青蛙抽搐實(shí)驗(yàn)。,原電池的雛形,理論解釋?zhuān)荷镫娪^點(diǎn)！,（意大利生物學(xué)家伽伏尼）,伏打?qū)ι镫娪^點(diǎn)的質(zhì)疑（Volta,A.1745-1827）,1800年建立伏打電堆模型。,伏打電池是實(shí)用電池的開(kāi)端。,普通干電池,手機(jī)電池,鈕扣電池,筆記本電腦專(zhuān)用電池,攝像機(jī)專(zhuān)用電池,“神六”用太陽(yáng)能電池,一、實(shí)驗(yàn)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(huì)有氣泡出現(xiàn)呢？該現(xiàn)象和銅片與稀硫酸不反應(yīng)的結(jié)論相矛盾嗎？2銅片上的電子從哪來(lái)？3鋅片的質(zhì)量有無(wú)變化？溶液中c(H+)如何變化？4寫(xiě)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(zhuǎn)說(shuō)明有電流通過(guò)，這又證明了什么呢？6根據(jù)物理知識(shí)，判斷上述原電池的正負(fù)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(yáng)離子分別向哪一個(gè)電極運(yùn)動(dòng)？,Zn2+,負(fù)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(jié)論一,有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種金屬和一種非金屬導(dǎo)體）做電極，較活潑的金屬為負(fù)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(zhì),結(jié)論二,兩個(gè)電極插入電解質(zhì)溶液中。,兩個(gè)電極插入電解質(zhì)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(jié)論三,兩個(gè)電極用導(dǎo)線相連構(gòu)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(fù)極判斷,交流研討,正極負(fù)極,電流流向,電子流向,負(fù)極：電子流出的一極正極：電子流入的一極,歸納總結(jié),還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng),氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng),還原劑失去的電子從鋅極流出,流入銅極.,經(jīng)外電路,Zn2+,H+,SO42-,電流方向,1、原電池是如何構(gòu)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(yīng)，電子經(jīng)導(dǎo)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(duì)活潑的金屬為_(kāi)極，相對(duì)不活潑的金屬(或石墨電極)為_(kāi)極。上述原電池發(fā)生的反應(yīng)是：在鋅電極(負(fù)極)：_在銅電極(正極)：_電子流方向：電子流從原電池的_經(jīng)導(dǎo)線流向_。溶液中離子運(yùn)動(dòng)方向：陽(yáng)離子向_運(yùn)動(dòng)，陰離子向_運(yùn)動(dòng)。電流方向：電流從原電池的_經(jīng)導(dǎo)線流向_。再?gòu)腳經(jīng)內(nèi)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(dǎo)線,兩塊活動(dòng)性不同的金屬,電解質(zhì)溶液,較活潑,較活潑,較不活潑,陽(yáng)離子,還原反應(yīng),負(fù),正,Zn-2e-=Zn2+,負(fù)極,正極,正極,負(fù)極,正極,負(fù)極,負(fù)極,正極,1、請(qǐng)你根據(jù)化學(xué)反應(yīng):Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。,CuC,FeCl3溶液,2、請(qǐng)判斷右邊原電池的正、負(fù)極.,A,NaOH溶液,MgAl,負(fù)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(xué)以致用,3.下列說(shuō)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(yīng)C.原電池兩極氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)D.原電池中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng),D,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,正極,負(fù)極,均發(fā)生,分別發(fā)生,學(xué)以致用,4.將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接置于稀硫酸中,下列說(shuō)法正確的是()A鋅片的質(zhì)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(fù),學(xué)以致用,5.X、Y、Z、W四種金屬片進(jìn)入稀鹽酸中,用導(dǎo)線連接,可以組成原電池,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示:則四種金屬的活潑性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)開(kāi),Z>Y>X>W,學(xué)以致用,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(chēng)為極化作用。,二、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？,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(shū)71頁(yè)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(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)。,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）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(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（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)：ZnZnSO4CuSO4Cu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(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(lèi)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,判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫(xiě)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(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,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-6e2Al3+,2Al3+8OH-=2AlO2-+4H2O,負(fù)極總反應(yīng)：2Al+8OH-6e2AlO2-+4H2O,正極：總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng),6H2O6e6OH3H2,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(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-4H,O2+2H2O+4e-4OH-,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)“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,PbSO422e2PbSO4,正極：PbO2得電子,4H2H2O,正極：PbO2SO422ePbSO4,銀鋅電池（電解質(zhì)為KOH）的電池總反應(yīng)為：ZnAg2OZnO2Ag寫(xiě)出其正、負(fù)極反應(yīng)。,Zn2eZnO,2OHH2O,Ag2O2e2Ag,H2O2OH,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(yáng)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?,CuCu2e-=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。,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(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：,(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(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：,y0.015(mol),x0.015(mol),3.75104(mol/L),pH-lg3.75104,4-lg3.75,答：,0.015,根據(jù)電極反應(yīng)：,正極：,負(fù)極：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,得：,2222.4,xy0.168,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)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?！盁岱蟠眴⒂弥坝盟芰洗蛊渑c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?！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(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=2NaAlO2+3H2,小結(jié),定義:,（1）由兩個(gè)半電池組成的鋅銅原電池的工作原理,原電池,把化學(xué)能轉(zhuǎn)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(yīng),電子從較活潑的金屬(負(fù)極)通過(guò)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(fù)極的判斷方法,（4）電極材料的選擇（電池的電極必須導(dǎo)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(xué)反應(yīng),當(dāng)堂檢測(cè),B,當(dāng)堂檢測(cè),B,活潑的為負(fù)極,陽(yáng)離子移向正極,Zn在負(fù)極上失電子,當(dāng)堂檢測(cè),解析：Al片和Cu片用導(dǎo)線相連，插入稀H2SO4中時(shí)，Al比Cu活潑，Al為負(fù)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(dǎo)線相連，插入濃HNO3中時(shí)，由于鋁鈍化，不能溶解，Al為正極，Cu為負(fù)極，Cu失電子被氧化為Cu2。,2Al6e=2Al3(或Al3e=Al3),負(fù)極,6H6e=3H2(或2H2e=H2),正極,2NO3-4H2e=2NO22H2O,能,正極,Cu2e=Cu2,負(fù)極,當(dāng)堂檢測(cè),