高中化学选修四：4.1《原电池》课件.ppt

第四章 电化学基础,第一节 原电池,电化学：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),第1节 ：原电池,第 1 课 时,一、原电池的基础知识,1.定义： 把化学能转变为电能的装置,理解： 外形无外加电源 自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池,复习回顾,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,Zn2e- = Zn2+,负极,正极,2H+2e-=H2,总反应式:,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,A,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-,（1）有两种活泼性不同的金属（或一种是 非金属单质或金属氧化物）作电极。,（2）电极材料均插入电解质溶液中。,（3）两极相连形成闭合电路。,1.内部条件：能自发进行氧化还原反应,2.外部条件：,组成原电池的条件,两极一液成回路，氧化还原是中心,判断下列装置哪些属于原电池,（3）,（4）,（5）,Zn Cu,理论上应看到只在铜片上有大量气泡，实际上锌片上也有大量气泡产生，这是什么原因导致的呢？ 最终又会造成什么后果？怎样避免和克服呢？,想一想,？提出问题： 上图是将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源， 不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实 际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？,学生讨论：,造成的主要原因：锌片不纯，以及铜极上聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。,一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究,为了避免发生这种现象,【交流 研讨一】,让锌片与稀硫酸不直接接触,ZnSO4溶液,H2SO4溶液,？,如何改进原电池装置？,【观察与思考】,【结论1】改进后的原电池装置提高了能量转换率,ZnSO4溶液,H2SO4溶液,【交流 研讨二】,改进后的原电池装置还有什么优点？,【结论2】改进后的原电池装置化学能不会自动释放,【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应,实验探究二,请根据反应： Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 设计一个原电池装置，标出电极材料和电解质溶液,写出电极反应方程式.,且两个电极上都有红色物质析出,电流表指针发生偏转， 但随着时间的延续，电流表指针偏转的角度越来越小，最终可能没有电流通过。,负,正,负极,Zn2e-=Zn2+,正极,Cu2+2e-=Cu,即无法产生持续稳定的电流,按下图所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象?,电流计指针不偏转，且铜片和锌片上均无明显现象（即:无电子定向移动）,探究实验二：改进方案,实验探究二：方案改进,盐桥,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,设计如下图（书P71图4-1）所示的原电池装置，结果如何呢？你能解释它的工作原理吗？,盐桥： 在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。,盐桥： 在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。,实验三（书71页实验4-1）,实验探索,实验现象：,分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？,有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。 取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。,盐桥制法：1)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的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。,盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,得出结论,由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,（2）平衡电荷。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。,二、由两个半电池组成原电池的工作原理,（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。,在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。 在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。,（2）探究组成原电池的条件,用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起,设计盐桥原电池的思路：,还原剂和氧化产物为负极的半电池 氧化剂和还原产物为正极的半电池,Zn+2Ag+=Zn2+2Ag,根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液 外电路用导线连通，可以接用电器 内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路,能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件？,1.要有导电性不同的两个电极 2.两个半反应在不同的区域进行 3.用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起,小结,第1节 ：原电池,第 2 课 时,复习：,3. 两个电极相连插入电解质溶液中并形成闭合电路;,把化学能直接转化为电能的装置。,1.有两块金属(或非金属)导体作电极; 2.电解质溶液,二.构成原电池的基本条件：,一.原电池：,4.有可自发进行的氧化还原反应。,三.加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理：,1. 用还原性较强的物质(如：活泼金属)作负极，向外电路提供电子；用不活泼物质作正极，从外电路得到电子。,2. 原电池在放电时，负极上的电子经过导线流向正极，而氧化剂从正极上得到电子，两极之间再通过盐桥及原电池内部溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定电流的闭合回路。,1.利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设计出两种原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。,参考答案,（1）、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。 （2）、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液,巩固练习：,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 电极流向 电极。,CU,铜,银,正,AgNO3溶液,2Ag +2e = 2Ag,Cu - 2e = Cu,+,-,-,2+,3. 用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ） 在外电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应为：Ag+e- =Ag 实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A B C D,C,二、原电池正负极判断原电池原理的应用,1.由组成原电池的电极材料判断 一般 负极 的金属 正极 的金属或 导体，以及某些金属氧化物 可以理解成： 与电解质溶液反应,练习：Mg-Al-H2SO4中 是正极， 是负极 Mg-Al-NaOH中 是正极 是负极,Mg,Al,Al,Mg,活泼性强,活泼性弱,非金属,负极,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子（电流）流动的方向判断 电子由 流出，流入 ； 电流由 流出，流入 。,负极,正极,正极,负极,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子（电流）流动的方向判断,3.根据电极反应类型判断 负极 电子，发生 反应 正极 电子，发生 反应,失,得,氧化,还原,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子（电流）流动的方向判断,3.根据电极反应类型判断,4.根据电解质溶液离子移动的方向判断 阴离子向 极移动（负极带正电荷） 阳离子向 极移动（正极带负电荷）,负,正,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子（电流）流动的方向判断,3.根据电极反应类型判断,4.根据电解质溶液离子移动的方向判断,5.根据电极现象来判断 负极 ； 正极 ；,牺牲、溶解,增重、气泡,1.由组成原电池的电极材料判断,2.根据电子（电流）流动的方向判断,3.根据电极反应类型判断,4.根据电解质溶液离子移动的方向判断,5.根据电极现象来判断,6.燃料电池中 燃料在 反应 氧化剂在 反应,负极,正极,巩固：已知反应AsO43+2I+2H+ AsO3+I2+H2O 是可逆反应设计如图装置，进行下述操作： ()向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安培表 指针偏转；()若改往(B)烧杯中滴加40NaOH 溶液，发现微安培表指针向前述相反方向偏转 试回答： (1)两次操作过程中指针为什么会发生偏转? 答： 。 (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么会相反?试用平衡移动原理解释此现象 答：_。 (3)()操作过程中C1棒上发生的反应为 。 (4)()操作过程中C2棒上发生的反应为 。,这是原电池，指针偏转是由于电子流过电流表,B中加盐酸，AsO43发生得电子反应为正极；而当加入NaOH后，AsO33发生失电子反应，为负极；,2I2e =I2,AsO332e+2OH = AsO43+H2O,第1节 ：原电池,第 3 课 时,1.利用原电池原理设计新型化学电池；,2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；,3.进行金属活动性强弱比较；,4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。,三、原电池的主要应用：,5.解释某些化学现象,(1)比较金属活动性强弱。,例1：,下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是,C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；,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；,D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；,（C）,原电池原理应用：,当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属作负极而被腐蚀，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。,练习：把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若 a、b相连时，a为负极； c、d相连时，电流由d到c； a、c相连时，c极产生大量气泡， b、d相连时，溶液中的阳离子向b极移动。 则四种金属的活泼性顺序为： 。,ac d b,a b,c d,a c,d b,(2)比较反应速率,例2 ：,下列制氢气的反应速率最快的是,粗锌和 1mol/L 盐酸；,B.,A.,纯锌和1mol/L 硫酸；,纯锌和18 mol/L 硫酸；,C.,粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D.,（ D ）,原电池原理应用：,当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制H2时, 纯Zn反应不如粗Zn跟酸作用的速率快。,(3)比较金属腐蚀的快慢,原电池原理应用：,在某些特殊的场所, 金属的电化腐蚀是不可避免的, 如轮船在海中航行时, 为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如Zn。这样构成的原电池Zn为负极而Fe为正极，从而防止铁的腐蚀。,例3：,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4：,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值变_？（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,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y 0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,大,0.015,原电池原理应用：,(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 。