2019-2020學(xué)年高中化學(xué) 第4章 第1節(jié) 原電池課件 新人教版選修4.ppt

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第一節(jié)原電池 知識(shí)鋪墊 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 1 在氧化還原反應(yīng)中 1 氧化劑 得到電子 元素化合價(jià)降低 被還原 發(fā)生還原反應(yīng) 2 還原劑 失去電子 元素化合價(jià)升高 被氧化 發(fā)生氧化反應(yīng) 3 氧化劑 還原劑之間轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相等 2 原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 原電池內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng) 知識(shí)鋪墊 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 3 通過(guò)必修2課程的學(xué)習(xí) 我們知道在右圖裝置中 1 鋅片是負(fù)極 電極反應(yīng)式是Zn 2e Zn2 銅片是正極 電極反應(yīng)式是2H 2e H2 2 總反應(yīng)方程式是Zn 2H Zn2 H2 3 外電路中電子由鋅片流向銅片 知識(shí)鋪墊 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 一 原電池的工作原理1 構(gòu)成條件 1 具有兩個(gè)活潑性不同的電極 2 合適的電解質(zhì)溶液 3 形成閉合回路 外電路用導(dǎo)線相連或互相接觸并將兩電極插入電解質(zhì)溶液中 4 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng) 知識(shí)鋪墊 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 2 裝置圖 以Zn Cu原電池為例 注 這種用鹽橋連接的原電池也叫雙液原電池 知識(shí)鋪墊 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 3 工作原理 以上述原電池為例 知識(shí)鋪墊 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 二 原電池的設(shè)計(jì)從理論上講 能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均可以設(shè)計(jì)成原電池 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 外電路負(fù)極 還原性較強(qiáng)的物質(zhì) 正極 氧化性較強(qiáng)的物質(zhì) 2 內(nèi)電路將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中 陰 陽(yáng)離子作定向運(yùn)動(dòng) 3 閉合回路 知識(shí)鋪墊 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 1 判斷正誤 正確的打 錯(cuò)誤的打 1 原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置 2 原電池正極發(fā)生氧化反應(yīng) 負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng) 3 不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng) 通過(guò)原電池裝置可以實(shí)現(xiàn) 4 碳棒不能用來(lái)作原電池的電極 5 反應(yīng)Cu 2Ag 2Ag Cu2 能以原電池的形式來(lái)實(shí)現(xiàn) 答案 1 2 3 4 5 知識(shí)鋪墊 新知預(yù)習(xí) 自主預(yù)測(cè) 2 如圖所示的裝置能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是 答案B 探究一 探究二 原電池工作原理問(wèn)題探究1 Cu Ag與稀硫酸能否設(shè)計(jì)成原電池 答案不能 Cu Ag與稀硫酸都不能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng) 2 外電路中電流方向與電子的流動(dòng)方向有何關(guān)系 答案電流方向與電子的流動(dòng)方向相反 3 試分析用鎂 鋁作電極 氫氧化鈉溶液作電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池時(shí)的正 負(fù)極及電子得失情況 答案鎂 鋁 氫氧化鈉溶液構(gòu)成的原電池中 發(fā)生反應(yīng) 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 鋁失去電子 應(yīng)該作負(fù)極 H2O得到電子 鎂作正極 探究一 探究二 知識(shí)歸納1 兩種原電池的比較 探究一 探究二 甲裝置所示原電池俗稱單液原電池 鋅片 銅片用導(dǎo)線相連后 都插入到稀硫酸中 所以 鋅片上失去的電子一部分通過(guò)導(dǎo)線流向銅片 形成電流 還有一部分 直接傳遞給溶液中碰撞到鋅片上的氫離子 這一部分電子不形成電流 這種原電池供電效率不高 且電流在較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減 乙裝置所示原電池俗稱雙液原電池 鋅片 銅片用導(dǎo)線相連后 鋅片插入ZnSO4溶液中 銅片插入稀硫酸中 這樣就避免了鋅片與稀硫酸的直接接觸而發(fā)生反應(yīng)造成的電能損失 鋅失去的電子全部通過(guò)導(dǎo)線流向銅片 這種原電池供電效率高 且能提供較穩(wěn)定的電流 探究一 探究二 2 鹽橋的作用鹽橋中通常裝含有瓊脂的KCl飽和溶液 當(dāng)鹽橋存在時(shí) 使兩個(gè)半電池中的溶液連成一個(gè)通路 隨著反應(yīng)的進(jìn)行 鹽橋中的Cl 向硫酸鋅溶液方向移動(dòng) K 向稀硫酸方向移動(dòng) 使硫酸鋅溶液和稀硫酸一直保持電中性 氧化還原反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行 從而使電子不斷從鋅極流向銅極 能持續(xù) 穩(wěn)定地產(chǎn)生電流 探究一 探究二 典例剖析 典例1 依據(jù)氧化還原反應(yīng) 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 設(shè)計(jì)的原電池如圖所示 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 1 電極X的材料是 電解質(zhì)溶液Y是 2 銀電極為電池的極 發(fā)生的電極反應(yīng)式為 X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為 3 外電路中的電子是從極流向極 探究一 探究二 解析原電池中負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng) 正極上發(fā)生還原反應(yīng) 鹽橋起到形成閉合回路 平衡電荷的作用 由總反應(yīng)方程式可知電極X的材料是Cu 發(fā)生氧化反應(yīng) 電解質(zhì)溶液Y是可溶性銀鹽溶液 常用AgNO3溶液 電極反應(yīng)式如下 負(fù)極 Cu 2e Cu2 正極 2Ag 2e 2Ag 電子由負(fù)極 Cu 流出 經(jīng)外電路流向正極 Ag 答案 1 CuAgNO3溶液 2 正2Ag 2e 2AgCu 2e Cu2 3 負(fù) Cu 正 Ag 探究一 探究二 判斷原電池正 負(fù)極的方法 探究一 探究二 探究一 探究二 答案C 探究一 探究二 原電池原理的應(yīng)用問(wèn)題探究1 若純鋅與粗鋅 含F(xiàn)e C等 分別與同濃度的稀硫酸反應(yīng)制取H2 哪種方法產(chǎn)生H2的速率快 答案粗鋅 粗鋅中的鐵可以與鋅構(gòu)成原電池 從而加快反應(yīng)速率 2 根據(jù)反應(yīng)HCl NaOH NaCl H2O能設(shè)計(jì)出原電池嗎 答案不能 因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng) 反應(yīng)過(guò)程中沒有電子的轉(zhuǎn)移 不符合原電池的構(gòu)成條件 3 X Y Z W四塊金屬板分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中構(gòu)成原電池 X Y相連時(shí) X為負(fù)極 Z W相連時(shí) 電流方向是W Z X Z相連時(shí) Z極上產(chǎn)生大量氣泡 W Y相連時(shí) W極發(fā)生氧化反應(yīng) 根據(jù)所學(xué)內(nèi)容判斷四種金屬的活動(dòng)性順序 答案四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱是X Z W Y 探究一 探究二 知識(shí)歸納原電池原理的應(yīng)用 1 加快氧化還原反應(yīng)速率如實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制H2 常用粗鋅 它產(chǎn)生H2的速率快 原因是粗鋅中的雜質(zhì)和鋅 稀硫酸形成原電池 加快了鋅的反應(yīng) 使產(chǎn)生H2的速率加快 2 比較金屬的活潑性強(qiáng)弱原電池中 負(fù)極一般為活潑性較強(qiáng)的金屬 正極一般為活潑性較弱的金屬 3 設(shè)計(jì)原電池原電池的設(shè)計(jì)一定要滿足構(gòu)成原電池的幾個(gè)條件 設(shè)計(jì)思路 以自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ) 把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng) 從而確定電極反應(yīng) 以兩極反應(yīng)為依據(jù) 確定電極材料及電解質(zhì)溶液 最后畫出裝置圖 4 尋求和制造干電池和蓄電池等化學(xué)能源 探究一 探究二 典例剖析 典例2 某原電池總反應(yīng)的離子方程式為2Fe3 Fe 3Fe2 能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是 A 正極為Cu 負(fù)極為C 電解質(zhì)為FeCl3溶液B 正極為C 負(fù)極為Fe 電解質(zhì)為Fe NO3 3溶液C 正極為Fe 負(fù)極為Zn 電解質(zhì)為Fe2 SO4 3溶液D 正極為Ag 負(fù)極為Fe 電解質(zhì)為CuSO4溶液解析將總反應(yīng)拆分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng) 電極反應(yīng)式 即為負(fù)極Fe 2e Fe2 正極2Fe3 2e 2Fe2 然后根據(jù)原電池的構(gòu)成條件確定正 負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液 因此 本題負(fù)極必是Fe 正極可為比Fe活動(dòng)性弱的金屬或非金屬導(dǎo)體 電解質(zhì)溶液為含F(xiàn)e3 的鹽溶液 所以B項(xiàng)正確 答案B 探究一 探究二 1 設(shè)計(jì)原電池原理 原電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 因此只有放熱的氧化還原反應(yīng)才可以設(shè)計(jì)成原電池 在電池中 通過(guò)電極和導(dǎo)線將電子轉(zhuǎn)移變成了電子的定向移動(dòng) 將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分到兩個(gè)電極上進(jìn)行 使其成為兩個(gè) 半反應(yīng) 2 設(shè)計(jì)原電池思路 電極材料的選擇 負(fù)極一般是活動(dòng)性強(qiáng)的金屬材料 正極一般選用活動(dòng)性比負(fù)極弱的金屬材料或石墨等惰性電極 電解質(zhì)溶液的選擇 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng) 保證設(shè)計(jì)出的原電池裝置中 還原劑在負(fù)極上發(fā)生反應(yīng) 氧化劑在正極上發(fā)生反應(yīng) 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2利用反應(yīng)Zn 2FeCl3 ZnCl2 2FeCl2設(shè)計(jì)一個(gè)雙液原電池 在下圖方格內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖 并注明電極材料 寫出電極反應(yīng)式 正極材料為 電極反應(yīng)式為 負(fù)極材料為 電極反應(yīng)式為 解析將Zn 2FeCl3 ZnCl2 2FeCl2拆分為兩個(gè) 半反應(yīng) Zn 2e Zn2 氧化反應(yīng) 2Fe3 2e 2Fe2 還原反應(yīng) 結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)分析可知 該電池的負(fù)極材料應(yīng)用鋅片 正極材料用活動(dòng)性比鋅弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘?為保證Fe3 在正極得電子 電解質(zhì)溶液為FeCl3等易溶的鐵鹽溶液 探究一 探究二 答案Pt或石墨2Fe3 2e 2Fe2 ZnZn 2e Zn2 1 2 3 4 5 6 1 下列關(guān)于原電池的敘述中正確的是 A 原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷 原電池負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是還原反應(yīng)C 原電池在工作時(shí)其正極不斷產(chǎn)生電子 并經(jīng)外電路流向負(fù)極D 原電池的電極只能由兩種不同的金屬構(gòu)成解析原電池就是能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 A正確 原電池負(fù)極失電子 發(fā)生的電極反應(yīng)是氧化反應(yīng) B錯(cuò)誤 原電池在工作時(shí)其負(fù)極不斷產(chǎn)生電子 并經(jīng)外電路流向正極 C錯(cuò)誤 原電池的電極一般由活動(dòng)性不同的電極材料構(gòu)成 實(shí)際上金屬與金屬或金屬與非金屬導(dǎo)體均可 D錯(cuò)誤 答案A 1 2 3 4 5 6 2 下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述不正確的是 A 把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中 銅片表面出現(xiàn)氣泡B 把鎂條和鋁條緊靠在一起浸入氫氧化鈉溶液中 鎂條表面出現(xiàn)氣泡C 把銅片插入三氯化鐵溶液中 在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D 把鋅粒放入盛有稀鹽酸的試管中 加入幾滴氯化銅溶液 氣泡放出速率加快解析選項(xiàng)A形成原電池 銅片作正極 表面出現(xiàn)氫氣泡 選項(xiàng)B也形成原電池 但在強(qiáng)堿性溶液中 鋁可以反應(yīng) 鎂不能 鋁失去電子作負(fù)極 鎂作正極 表面出現(xiàn)氫氣泡 C選項(xiàng)銅片把三價(jià)鐵離子還原為亞鐵離子 不能置換出金屬鐵 D選項(xiàng)鋅能置換出銅 鋅銅形成無(wú)數(shù)微小原電池 加快氣泡放出速率 答案C 1 2 3 4 5 6 3 某電池的總反應(yīng)為Fe 2Fe3 3Fe2 能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是 解析能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)Fe 2Fe3 3Fe2 的原電池應(yīng)符合以下條件 負(fù)極為Fe 正極材料的活潑性比Fe差 電解質(zhì)溶液為含F(xiàn)e3 的溶液 B D兩項(xiàng)電解質(zhì)溶液選錯(cuò) C項(xiàng)負(fù)極材料選錯(cuò) 答案A 1 2 3 4 5 6 4 用銅片 銀片 Cu NO3 2溶液 AgNO3溶液 導(dǎo)線和鹽橋 裝有瓊脂 KCl飽和溶液的U形管 構(gòu)成一個(gè)原電池 如圖 以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是 在外電路中 電子由銅電極流向銀電極 正極反應(yīng)為Ag e Ag 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取出鹽橋 原電池仍繼續(xù)工作 將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A B C D 1 2 3 4 5 6 解析Cu的金屬性強(qiáng)于Ag的 則Cu作負(fù)極 Ag作正極 在外電路中 電子由Cu流向Ag 正極反應(yīng)式為Ag e Ag 負(fù)極反應(yīng)式為Cu 2e Cu2 若取出鹽橋 破壞了閉合回路 原電池不能工作 該原電池反應(yīng)方程式為2AgNO3 Cu Cu NO3 2 2Ag 若將AgNO3溶液與Cu接觸 發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式也為2AgNO3 Cu Cu NO3 2 2Ag 答案B 1 2 3 4 5 6 5 由鋅片 銅片和200mL稀硫酸組成的原電池如右圖所示 1 原電池的負(fù)極反應(yīng)式為 正極反應(yīng)式為 2 電流的方向是 3 一段時(shí)間后 當(dāng)在銅片上放出1 68L 標(biāo)準(zhǔn)狀況 氣體時(shí) 右側(cè)燒杯中的H2SO4恰好消耗一半 則產(chǎn)生這些氣體的同時(shí) 共消耗g鋅 有個(gè)電子通過(guò)了導(dǎo)線 原稀硫酸中c H2SO4 設(shè)溶液體積不變 1 2 3 4 5 6 解析產(chǎn)生0 075molH2 通過(guò)0 075mol 2 0 15mol電子 消耗0 075molZn和0 075molH2SO4 所以m Zn 0 075mol 65g mol 1 4 875g N e 0 15mol 6 02 1023mol 1 9 03 1022 c H2SO4 1 5mol L 1 答案 1 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 2 由Cu極流向Zn極 3 4 8759 03 10221 5mol L 1 1 2 3 4 5 6 6 選擇適宜的材料和試劑設(shè)計(jì)一個(gè)原電池 以便完成下列反應(yīng) 2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2 畫出原電池的示意圖并寫出電極反應(yīng) 解析構(gòu)成原電池的基本條件 也是進(jìn)行原電池設(shè)計(jì)的基本依據(jù) 1 根據(jù)電池反應(yīng)寫出電極反應(yīng)式 2 找出兩電極材料 3 找出電解質(zhì)溶液 4 形成閉合回路 答案原電池設(shè)計(jì)如下圖負(fù)極 Cu 2e Cu2 正極 2Fe3 2e 2Fe2 總反應(yīng) 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2