高中化学苏教版同步课堂配套课件原电池的工作原理和化学电源.ppt

专题1 化学反应与能量变化,第一课时 原电池的工作原理和化学电源,课前预习 巧设计,名师课堂 一点通,设计1,设计2,考点一,考点二,第二单元 化学能与电能的转化,创新演练 大冲关,课堂10分钟练习,课堂5分钟归纳,课下30分钟演练,设计3,考点三,(1)将 能转化为 能的装置叫原电池。 (2)在CuZn(稀H2SO4)原电池中，电子由 片经导线流向 片。锌片是 极，发生 反应，电极反应为： ；铜片是 ，发生 反应，电极反应为： 。电池反应为： 。,化学,电,锌,铜,负,氧化,Zn2e=Zn2,正极,还原,2H2e=H2,ZnH2SO4(稀)=ZnSO4H2,(3)利用原电池原理，可以制备 ，如锌锰干电池，铅蓄电池等。 (4)锌与硫酸铜溶液反应的热化学方程式为： Zn(s) =ZnSO4(aq) H216.81 kJmol1。,化学电源,CuSO4(aq),Cu(s),化学能,电能,氧化还原反应,活泼性,非金属导体,电解质,闭合回路,3工作原理 (1)原理分析：,负极,正极,失电子,得电子,电子流出,电子流入,氧化反应,还原反应,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,ZnCuSO4=ZnSO4Cu,(2)盐桥： 成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。 离子移动方向：Cl移向 溶液(负极区)，K移向 溶液(正极区)。 作用：使两个半电池形成 、并保持两溶液呈电中性。,ZnSO4,CuSO4,通路,二、化学电源 1化学电源的分类及特点,2常见的化学电源 (1)银锌纽扣电池(一次电池)： 组成：,电极反应和电池反应： 负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2。 正极：Ag2OH2O2e=2Ag2OH。 总反应： 。,ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag,(2)锌锰干电池(一次电池)： 组成：分为 锌锰干电池(普通锌锰干电池)和 锌锰干电池，其正极为 ，负极为 ，前者电解质溶液为 和ZnCl2混合液，后者电解质为 。,酸性,碱性,石墨棒,锌筒,NH4Cl,KOH,电极反应及电池反应： 对于碱性锌锰干电池： 负极反应：Zn2OH2e=Zn(OH)2 正极反应： 。 电池反应： 。 特点：比能量大，能提供较大电流并连续放电。,2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH,Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH,(3)铅蓄电池(二次电池)： 组成：,逆反应,还原,氧化,2PbSO42H2O=PbPbO22H2SO4,上述充、放电反应可写成如下化学方程式： PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O。,(4)氢氧燃料电池：,2H24e=4H,O24e4H=2H2O,2H24e4OH=4H2O,O24e2H2O=4OH,1下列四位同学的说法正确的是 ( ),分析：在原电池中，较活泼的金属作负极，失去电子发生氧化反应，电子从负极流出经导线流向正极，内电路中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故只有小刚同学说法正确。 答案：A,2下列装置中，不能形成原电池的是(如图所示) ( ),分析：本题考查的是原电池的形成条件，A装置两个电极都不能与电解质溶液发生氧化还原反应，无法形成原电池；B装置通过盐桥形成闭合回路，可形成原电池；C、D均满足原电池的形成条件，要注意D中Al可以与NaOH溶液反应，因此Al为负极，Zn为正极。故答案为A。 答案：A,3电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样 电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述中正确的是 ( ) A锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细 B氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 D铅蓄电池放电时将电能转化为化学能,分析：锌锰干电池中碳棒为正极，不会变细，A错；氢氧燃料电池工作时将化学能转化为电能，H2在负极失电子被氧化，B错C对；铅蓄电池放电时为原电池，将化学能转化为电能，D错。 答案：C,4(1)银锌电池工作时，两电极附近溶液的pH如何变化？ (2)除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极通常还有哪些物质，正极放电的是什么物质？,分析：(1)负极周围pH减小，因为工作时负极消耗OH；正极周围pH增大，因为工作时正极产生OH。 (2)除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极通常有烃、肼、甲醇、氨、煤气等易燃性液体或气体，正极是O2放电。,5为了避免锌片与Cu2直接接触发生反应而影响原电 池的放电效率，有人设计了如下装置，按要求完成以下填空：,(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_ _， 电池总反应式为_。,(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成_，铜和铜盐溶液组成_，中间通过盐桥连接起来。 (3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO向_移动，硫酸铜溶液中SO向_移动。 (4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过_移动来导电的。在工作时，K移向_。,答案：(1)电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出 ZnCu2=Zn2Cu (2)锌半电池 铜半电池 (3)锌电极 盐桥 (4)离子 正极区(CuSO4溶液),例1 (2011山东省实验中学高二检测)分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 ( ),A中Mg作为负极，中Fe作为负极 B中Mg作为正极，电极反应式为6H2O6e= 6OH3H2 C中Fe作为负极，电极反应式为Fe2e=Fe2 D中Cu作为正极，电极反应式为2H2e=H2,解析 Mg比Al活泼，在中Mg作负极，但在NaOH溶液中，Mg不反应，而Al可以反应，故中Al是负极。在浓硝酸中铁会钝化，故Cu为负极，Fe为正极。在中由于不断向Cu极附近通入空气，而O2比溶液中的H得电子能力强，故Fe失去的电子，在Cu极O2到得电子发生还原反应，电极反应式为O22H2O4e=4OH。 答案 B,原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。在判断原电池的正负极时要考虑电极与电解质溶液能否反应，一般地负极可与电解质溶液反应。,1由原电池的装置书写电极反应式 根据电极材料、电解质溶液或反应现象，先确定正负极，再写电极反应式。,2给出总反应式，写电极反应式 如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：,(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确定负极反应为：2H24e=4H。 (2)根据电解质溶液为碱性，与H不能共存，反应生成水，推出OH应写入负极反应式为：2H24OH4e=4H2O。 (3)用总反应式2H2O2=2H2O减去负极反应式得正极反应式为：2H2OO24e=4OH。,3可充电电池电极反应式的书写 在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。 (1)原电池的负极与电解池的阳极均发生氧化反应，对应元素化合价升高。 (2)原电池的正极与电解池的阴极均发生还原反应，对应元素化合价降低。,例2 (2011全国课标卷)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是 ( ),A电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe B电池放电时，负极反应为：Fe2OH2e=Fe(OH)2 C电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D电池充电时，阳极反应为：2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O,解析 由铁镍电池放电时的产物全部是碱，可知电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A项正确。放电时Fe失电子被氧化，负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2，B项正确。充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，所以电池放电时，负极反应为：Fe2OH2eFe(OH)2，所以电池充电过程中阴极反应为Fe(OH)2,2e=Fe2OH，pH增大，C项错误。充电时，阳极发生氧化反应，电极反应为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O，D项正确。 答案 C,书写电极反应式时要注意的问题 (1)注意题目中给出的电解质溶液的性质是酸性还是碱性，能否与电极发生反应。 (2)注意燃料电池中O2得电子后的存在形式，酸性条件下形成H2O，碱性或中性与H2O结合形成OH。 (3)注意电极反应遵循原子个数守恒、电荷守恒。,1加快氧化还原反应的速率 例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。 2比较金属活动性强弱 例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab。,3设计化学电池 例如：以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2为依据，设计一个原电池。 (1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极电极反应式。 负极：Cu2e=Cu2 正极：2Fe32e=2Fe2。,(2)确定电极材料： 如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。 发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。所以用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。,(3)确定电解质溶液： 一般选用反应物中的电解质溶液即可。故可用FeCl3溶液作电解质溶液。 (4)构成闭合回路。 4用于金属的防护 如在轮船底部焊接锌块，由于锌比铁活泼，故锌作负极，从而保护了轮船。,例3 (2011长沙高二检测)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的材料是_； 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_极流向_极。,解析 原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是铜，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐，常用硝酸银溶液。电极反应式表示为：负极：Cu2e=Cu2，正极：Age=Ag，电子由负极出发，经外电路流向正极。,答案 (1)铜(或Cu) AgNO3溶液 (2)正 Age=Ag Cu2e=Cu2 (3)负(Cu) 正(Ag),设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸，如燃料电池，水中一般要加入KOH或H2SO4