高中化學(xué) 4.1 原電池課件 新人教版選修4.ppt

第一節(jié) 原電池,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,1.原電池的定義和實(shí)質(zhì) (1)定義:將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 (2)實(shí)質(zhì):利用能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,2.原電池的工作原理(以鋅銅原電池為例),目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,3.原電池形成的條件 (1)兩個活潑性不同的電極; (2)有電解質(zhì)溶液; (3)形成閉合回路。,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,4.原電池的設(shè)計 (1)依據(jù)。 理論上,能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均能設(shè)計成原電池。 (2)實(shí)際設(shè)計時應(yīng)注意以下幾個方面: 外電路: 負(fù)極(還原性較強(qiáng)的物質(zhì)) 正極(能導(dǎo)電的物質(zhì)) 內(nèi)電路: 將兩極浸入電解質(zhì)溶液中,并通過陰、陽離子的定向移動形成內(nèi)電路。 閉合回路:,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,深度思考 判斷下列描述的正誤(正確的畫“”,錯誤的畫“”)。 (1)在原電池構(gòu)成的閉合回路中,電子從原電池的正極通過導(dǎo)線流向負(fù)極。 ( ) (2)原電池的正極一定是化學(xué)性質(zhì)較不活潑的金屬。 ( ) (3)原電池工作時,正極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)。 ( ) (4)由Cu、Zn作電極與CuSO4溶液構(gòu)成的原電池中,Cu是負(fù)極。 ( ) (5)CaO+H2O=Ca(OH)2是放熱反應(yīng),可設(shè)計成原電池。 ( ) (6)實(shí)驗(yàn)室利用鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時,粗鋅比純鋅效果好。 ( ) 答案:(1) (2) (3) (4) (5) (6),遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,一、原電池的工作原理和正、負(fù)極的判斷 1.原電池的工作原理,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.原電池正、負(fù)極的判斷,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,3.帶鹽橋的原電池的構(gòu)成特點(diǎn) (1)一般情況下,金屬插入其可溶性鹽溶液中,組成負(fù)極和正極。 (2)為使溶液保持電中性,鹽橋中離子的定向遷移構(gòu)成了電流通路。 (3)鹽橋電池的兩個電極材料可以不同,也可以相同,但環(huán)境絕對不同。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(1)鹽橋是裝有含瓊膠的飽和KCl溶液的U形管,原電池工作時,K+、Cl-的移動方向是怎樣的? 答案:原電池工作時,陽離子向正極移動,陰離子向負(fù)極移動,故K+向正極區(qū)移動,Cl-向負(fù)極區(qū)移動。 (2)鹽橋在原電池工作中有何作用? 答案:鹽橋的作用:a.使整個裝置構(gòu)成閉合回路,避免兩溶液直接接觸;b.鹽橋中陽離子移向正極區(qū),陰離子移向負(fù)極區(qū),使兩溶液保持電中性,從而使氧化還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,【例1】 銅鋅原電池(如下圖)工作時,下列敘述正確的是( ) A.正極反應(yīng)為Zn-2e-=Zn2+ B.電池反應(yīng)為Zn+Cu2+=Zn2+Cu C.在外電路中,電子從正極流向負(fù)極 D.鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液 解析:電池的正極上得電子,A項(xiàng)錯誤;結(jié)合該電池的裝置圖可知,該過程中涉及的氧化還原反應(yīng)為Zn+Cu2+=Zn2+Cu,B項(xiàng)正確;外電路中,電子從負(fù)極流向正極,C項(xiàng)錯誤;在左邊燒杯中由Zn失去電子形成Zn2+,使得該燒杯中帶正電荷的離子增加,為維持電中性,Cl-應(yīng)該通過鹽橋流向ZnSO4溶液,D項(xiàng)錯誤。 答案:B,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,下列裝置中,電流表指針能發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是( ),遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,解析:A項(xiàng)中鋅電極和乙燒杯中的電解質(zhì)溶液不能發(fā)生氧化還原反應(yīng),不能構(gòu)成原電池,A項(xiàng)錯誤;B項(xiàng)中冰醋酸不導(dǎo)電,不能構(gòu)成原電池,B項(xiàng)錯誤;C項(xiàng)中裝置符合構(gòu)成原電池的條件,但兩極直接接觸,相當(dāng)于短路,因此電路中無電流,C項(xiàng)錯誤。 答案:D,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識精要,二、原電池的設(shè)計 1.理論上任何一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成一個原電池。設(shè)計原電池時,先分析氧化還原反應(yīng),理論上被氧化的物質(zhì)在負(fù)極上反應(yīng),被還原的物質(zhì)在正極上反應(yīng)。原電池的判斷應(yīng)根據(jù)原電池的構(gòu)成條件進(jìn)行。 2.設(shè)計原電池時要緊扣構(gòu)成原電池的條件。 (1)首先要將已知的氧化還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng); (2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn),結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料(負(fù)極一般就是失電子的物質(zhì),正極用比負(fù)極活潑性差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘偃缡?及電解質(zhì)溶液。,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,知識精要,電解質(zhì)溶液的選擇。 電解質(zhì)是使負(fù)極放電的物質(zhì)。因此電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng),或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如空氣中的氧氣)。但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋),左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含有與電極材料金屬對應(yīng)的陽離子。如在銅-鋅-硫酸銅構(gòu)成的原電池中,負(fù)極金屬鋅浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中,而正極銅浸泡在含有Cu2+的溶液中。 電極材料的選擇。 在原電池中,負(fù)極若參與反應(yīng),通常為活潑性較強(qiáng)的金屬材料,正極材料比負(fù)極材料的活潑性差。并且,原電池的電極必須能夠?qū)щ姟?遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(1)能用金屬代替鹽橋嗎? 答案:不可以,在電路接通的情況下,這個鹽橋只是整個回路的一部分,隨時要保持電中性,裝有含瓊膠的飽和KCl溶液的鹽橋因其中含有兩種離子,可以與溶液中的離子交換,從而達(dá)到傳導(dǎo)電流的目的,而且瓊膠本身可以容納離子在其中運(yùn)動;若用金屬代替鹽橋,電子流向一極后不能直接從另一極得到補(bǔ)充,必然趨勢就是向另一極釋放金屬陽離子或者溶液中的金屬陽離子在電子流出的那一極得電子析出金屬,從而降低了整個電池的電勢。所以,光有自由電子是不夠的,應(yīng)該有一個離子的通道即“鹽橋”。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,(2)在有鹽橋的銅鋅原電池中,電解質(zhì)溶液為什么要選擇含有電極材料金屬對應(yīng)的陽離子?如Zn極對應(yīng)的是硫酸鋅溶液,能不能是氯化銅溶液或者氯化鈉溶液? 答案:如果該溶液中溶質(zhì)的陽離子對應(yīng)的金屬單質(zhì)比電極材料的活潑性強(qiáng)的話沒有問題。Zn極發(fā)生的反應(yīng)是Zn的溶解。但是如果比電極材料的活潑性弱的話,例如硫酸銅溶液,鋅就會置換出銅,在表面形成原電池,減少供電量。使用鹽橋就是為了避免這種情況,至于電解質(zhì)溶液中陽離子對應(yīng)的金屬要跟電極材料相同那只是一個做題的技巧,具體問題具體分析就行。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,【例2】 設(shè)計原電池Zn+2Fe3+=Zn2+2Fe2+, 畫出能形成穩(wěn)定電流的半電池形式的裝置圖(標(biāo)出電極材料、電解質(zhì)溶液)。,負(fù)極為 ,電極反應(yīng)為 。 正極為 ,電極反應(yīng)為 。 解析:根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計原電池的思路是,首先將已知的反應(yīng)拆成兩個半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)):Zn-2e-=Zn2+, 2Fe3+2e-=2Fe2+,然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn),分析可知,該電池應(yīng)該用Zn作負(fù)極材料,正極要保證Fe3+得到負(fù)極失去的電子,一般用不能還原Fe3+的材料,如Pt或石墨棒等,電解質(zhì)溶液只能用含F(xiàn)e3+的電解質(zhì)溶液,如FeCl3溶液等,按要求形成穩(wěn)定的電流,須設(shè)計成帶有鹽橋的原電池。,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,答案:,Zn Zn-2e-=Zn2+ Pt 2Fe3+2e-=2Fe2+,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,1.某原電池總反應(yīng)的離子方程式為2Fe3+Fe=3Fe2+,不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是( ) A.正極為Cu,負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液 B.正極為C,負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液 C.正極為Ag,負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3溶液 D.正極為Ag,負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液 解析:由2Fe3+Fe=3Fe2+得出負(fù)極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+,正極反應(yīng)式為2Fe3+2e-=2Fe2+,可知負(fù)極材料為鐵,正極材料為比鐵不活潑的導(dǎo)體,電解質(zhì)溶液中必須有Fe3+,故D選項(xiàng)不能滿足要求。 答案:D,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,2.控制適合的條件,將反應(yīng)2Fe3+2I- 2Fe2+I2設(shè)計成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是( ) A.反應(yīng)開始時,乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.反應(yīng)開始時,甲中石墨電極上Fe3+被還原 C.靈敏電流計讀數(shù)為零時,反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D.靈敏電流計讀數(shù)為零后,在甲中溶入FeCl2固體,乙中的石墨電極為負(fù)極,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,思考探究,知識精要,解析:反應(yīng)開始時,乙中反應(yīng)為2I-2e-=I2,是氧化反應(yīng),甲中反應(yīng)為2Fe3+2e-=2Fe2+,Fe3+被還原,A、B兩項(xiàng)正確;靈敏電流計讀數(shù)為零時,上述反應(yīng)達(dá)到平衡,C項(xiàng)正確;達(dá)到平衡后,加入FeCl2,平衡向逆反應(yīng)方向移動,此時Fe2+被氧化,I2被還原,甲中石墨為負(fù)極,乙中石墨為正極,D項(xiàng)錯誤。 答案:D,思悟升華,方法歸納,案例探究,利用原電池原理判斷金屬的活動性 把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中,用導(dǎo)線相連組成原電池。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極上有大量氣泡產(chǎn)生,則四種金屬的活動性順序由強(qiáng)到弱的為( ) A.abcd B.acdb C.cabd D.bdca 解析:根據(jù)原電池原理,作為負(fù)極的金屬的活動性比正極金屬的活動性強(qiáng)。電子流動方向是負(fù)極流向正極,電流方向與電子流動方向相反,溶液中的H+在正極上得電子生成H2,因此可依次作出如下判斷:活動性ab,cd,ac,db,綜合得到結(jié)論:金屬活動性順序?yàn)閍cdb,所以B項(xiàng)正確。 答案:B,思悟升華,方法歸納,案例探究,利用原電池原理比較a、b兩種金屬活動性強(qiáng)弱的方法:將金屬a和b用導(dǎo)線相連后插入稀硫酸或b的可溶性鹽溶液中,觀察到a極溶解,b極上產(chǎn)生氣泡或質(zhì)量增加,則a作負(fù)極,b作正極,即金屬活動性ab。,思悟升華,方法歸納,案例探究,(1)根據(jù)原電池的正負(fù)極來判斷電極材料的活動性,要注意電解質(zhì)溶液對原電池正負(fù)極的影響。例如,Mg、Al、NaOH溶液構(gòu)成的原電池,Al為負(fù)極;Fe(或Al)、Cu、濃硝酸構(gòu)成的原電池,Cu為負(fù)極。 (2)金屬性強(qiáng)弱的判斷方法歸納。 根據(jù)金屬活動性順序。 一般來說,金屬的位置越靠前,其金屬性越強(qiáng)。 根據(jù)在元素周期表中的位置。 a.同周期元素,從左至右,隨原子序數(shù)的增加,金屬性減弱; b.同主族元素,從上至下,隨著原子序數(shù)的增加,金屬性增強(qiáng)。,思悟升華,方法歸納,案例探究,根據(jù)實(shí)驗(yàn)。 a.根據(jù)金屬單質(zhì)與水(或酸)反應(yīng)置換出氫的難易程度:越易反應(yīng),則對應(yīng)金屬元素的金屬性越強(qiáng)。 b.根據(jù)金屬單質(zhì)與鹽溶液的置換反應(yīng)。A置換出B,則A對應(yīng)的金屬元素比B對應(yīng)的金屬元素金屬性強(qiáng)。 c.根據(jù)金屬單質(zhì)的還原性或?qū)?yīng)陽離子的氧化性強(qiáng)弱:單質(zhì)的還原性越強(qiáng),對應(yīng)陽離子的氧化性越弱,元素的金屬性越強(qiáng)(Fe對應(yīng)的陽離子是Fe2+,而不是Fe3+)。 d.根據(jù)最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱:堿性越強(qiáng),則對應(yīng)金屬元素的金屬性越強(qiáng)。 e.根據(jù)電化學(xué)原理:不同金屬組成原電池時,作負(fù)極的金屬活潑;在惰性電極電解池中的陰極上,先析出的金屬不活潑(在電解池部分學(xué)習(xí))。,