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高中化学 4.1《原电池》课件1 新人教版选修4

1、第四章 电化学基础,第一节 原电池,电化学:指研究化学能与电能之间相互转 换的装置、过程和效率的科学。,过程及装置分按电化学反应,2. 借助电流而发生反应及装置 (如:电解池),1. 产生电流的化学反应及装置 (如:原电池等),1、原电池的定义: 2、原电池反应的本质: 3、构成原电池的条件:,将化学能转化为电能的装置叫做原电池。,氧化还原反应,两个活动性不同的金属(或其中一种为 非金属,即作导体用)作电极。 电解质溶液 形成闭合回路 在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,灯泡,Zn2e- = Zn2+,负极,正极,2H+2e-=H2,总反应式:

2、,Zn+2H+= Zn2+H2,负,正,氧化反应,还原反应,现象:,锌棒溶解,铜棒上有气泡,原电池工作原理,Cu,Zn,Zn2+,H+,H+,负极,正极,阳离子,阴离子,正极,负极,SO42-,原电池工作原理,A,e-,4、原电池反应原理,粒子流向,电子:负极正极,电流:正极负极,溶液中阴离子负极,溶液中阳离子正极,电极 反应,负极:氧化反应,活泼金属失电子变阳离子,正极:还原反应,溶液中离子得电子,总反应:负极金属与电解质溶液的离子反应,5、原电池的正负极的判断方法,微观判断 (根据电子流动方向),电子流出的极 电子流入的极,负极 正极,较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料,质量增加的电极

3、工作后 质量减少的电极,负极 正极,正极 负极,工作后,有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应的极 发生还原反应的极,宏观判断: 根据电极材料 根据原电池电极发生 的反应 根据电极质量的变化 根据电极有气泡冒出:,负极 正极,A,B,C,D,E,F,M,N,下列哪几个装置能形成原电池?,O,V,X,V,V,X,X,X,V,V,思考与练习,思考:如何才能得到持续稳定的电流?,分析: 由于锌片与硫酸铜溶液直接接触,铜在锌片表面析出,锌表面也构成了原电池,进一步加速铜在锌表面析出,致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后,不再构成原电池,也就没有电流产生。,对锌铜原电 池工作原理的进一步探

4、究,在原有实验基础上进行改进,设计成一个能产生持续稳定电流的原电池。,实验探究,锌铜原电池装置示意图,由两个半电池组成,锌 和锌盐组成锌半电池,铜和 铜盐组成铜半电池;每个半 电池中的电极与电解质溶液 互不反应,中间通过盐桥连接 形成闭合回路。,装置特点:,盐桥的作用:,(1)是离子通道,与外电路的电子通道相衔接;(2)是离子库,为保持溶液电中性,氧化作用产生的Zn2+需要阴离子来补充,Cu2+发生还原反应,需要阳离子来补充;而作为KCl饱和溶液盐桥有足够的离子供给,所以是离子库。,盐桥制法:将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙),将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中

5、即可。,负极反应:,Zn-2e-= Zn2+,正极反应:,Cu2+2e- = Cu,电池总反应:,Zn+Cu2+= Zn2+Cu,锌半电池,铜半电池,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液 盐桥,失e-,沿导线传递,有电流产生,还原反应,Cu2+2e- =Cu,阴离子,阳离子,负极,正极,阳离子,铜锌双液原 电 池 原 理,外电路,内电路,电极反应总式:,氧化还原反应,原电池反应本质:,活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池,锌作负极,铜作正极 金属和非金属。如锌锰干电池,锌作负极,石墨棒作正极 金属和化合物。如铅蓄电池,铅块作负极,PbO2作正极 惰性电极。如氢氧燃料电池中,

6、两根电极均可用Pt,(2)电池的电极材料必须能导电,(1)电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行,则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。,6、原电池的设计,1.根据上述原理,为获得较长时间的稳定电流,如何将必修2中由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池(如左下图)进行简单改装?,课堂练习(上述原理的应用),练习: 利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu设计一个原电池,画出示意图,写出电极反应。,负极:Fe 2e- =Fe2+,正极:Cu2+ +2e- =Cu,Cu,Fe,CuSO4,FeSO4,请根据氧化还原反应 : Cu +2 F

7、e3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 设计成原电池。你有哪些可行方案?,Cu Cu 2e- = Cu2+,比Cu不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+,Fe2(SO4 )3、FeCl3等,负极: 正极: 电解质溶液:,练一练,若是采用烧杯和盐桥装置图,采用的电解质溶液又是什么?,2. 依据氧化还原反应: 2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s) 设计的原电池如图所示,请回答下列问题:,(1)电极X的材是 ; 电解质溶液Y是 ; (2)银电极为电池的 极, 发生的电极反应为 ;,X电极上发生的电极反应为 ; (3)外电路中的电子是从 电极 流向

8、 电极。,Cu,AgNO3,正,X,Ag,3.控制适合的条件,将反应2Fe3+2I- 2Fe2+I2 设计成如右图所示的原电池。下列判断不正确的是 A. 反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应 B. 反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原 C. 电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态 D. 电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极,D,7、原电池的表示方法: (-) Zn|Zn2+ (C1) Cu2+ (C2)|Cu (+) “|”表示液-固相有一界面;“”表示盐桥。 在有气体参加的电池中还要表明气体的压力,溶液要表明浓度。,(1)比较金属活动性强弱。,:,例1 下列叙

9、述中,可以说明金属甲比乙活泼性强的是( ) A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中,乙溶 解,甲上有H2气放出; B.在氧化还原反应中,甲比乙失去的电子多; C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极; D.同价态的阳离子,甲比乙的氧化性强;,C,8、原电池原理应用,(2)比较反应速率快慢,例2 :下列制氢气的反应速率最快的是( ) A.纯锌和1mol/L 硫酸; B.纯锌和18 mol/L 硫酸; C.粗锌和 1mol/L 盐酸; D.粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D,(3)比较金属腐蚀的快慢,例3:,下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,(5),(2),(1),

10、(3),(4),(2),(1),(3),例4:,下列装置中四块相同的Zn片,放置一段时间后腐蚀速 率由慢到快的顺序是,(4),(2),(1),(3),(4)判断溶液pH值变化,例5:,在Cu-Zn原电池中,200mLH2SO4 溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后,从装置中共收集到 0.168L升气体,则流过导线的电子为 mol,溶液的pH值为_?(溶液体积变化忽略不计),0.2,解得:,y 0.015 (mol),x 0.015 (mol),3.75 10 4(mol/L ),pH -lg3.75 104,4 -lg3.75,0.015,根据电极反应:,正极:,负极:,Zn

11、2e-Zn2+,2H+2e- H2,得:,2 2 22.4,x y 0.168,解:,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,3.4,0.015,4 -0.6,3.4,(5)原电池原理的综合应用,例6:市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝,启用时,打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后,会发现有大量铁锈存在。 “热敷袋”是利用 放出热量。 2)炭粉的主要作用是 。 3)加入氯化钠的主要作用是 。 4)木屑的作用是 。,铁被氧化,与铁屑、氯化钠溶液构成原电池,加速铁屑的氧化.,氯化钠溶于水,形成电解质溶液.,摩擦生热,产生启动反应的热量,使用“热敷袋”时受热均匀.,化学电池的组成,能导电的物质,还原性较强的物质(多是金属电极本身),氧化性较强的物质,酸溶液 碱溶液 盐溶液 或 熔融液,小结,流出电子,流入电子,氧化反应,还原反应,