《钟立新公开》PPT课件.ppt

,赣南师范学院附属中学 钟立新,高三化学总复习优化课堂设计 化学能转化为电能电池 (第1课时),赣南师范学院附属中学 钟立新,高三化学总复习优化课堂设计 化学能转化为电能电池 (第1课时),高考纵览,1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。,考纲要求,主干知识整合,网络导图,D,1、原电池的定义：,一、原电池,将化学能转变为电能的装置。,思考题： 下列化学反应能设计成原电池的是( ) A. HClNaOHNaClH2O B. CCO2 2CO C. 3NO2H2O 2HNO3NO D. CH42O22KOH K2CO33H2O,【注意】只有氧化剂和还原剂是不同的物质的 自发进行的(放热的)氧化还原反应才能 设计成原电池。,2、原电池的工作原理,以铜、锌和稀硫酸反应为例,Zn2+,H+,H+,稀硫酸,H+,H+,Zn2e- = Zn2+,2H+2e-=H2,Zn+2H+= Zn2+H2或 ZnH2SO4ZnSO4H2,(氧化反应),(还原反应),锌棒溶解 铜棒上有气泡 灯泡发光,Zn2+,负极：,正极：,总反应式：,SO42,Zn2+,2、原电池的工作原理,锌片,铜片,氧化反应,还原反应,锌片,铜片,负,正,正,负,2、原电池的工作原理,思考题：下列哪些装置能构成原电池？ 并思考原电池的构成条件？,3、形成原电池的一般条件：,(4)有能够自发进行的氧化还原反应(前提条件)。,(1)有两种活泼性不同的导电材料(不同的金属或 金属与非金属导体)作电极。,(2)两个电极必须插入电解质溶液中。,(3)两极相连形成闭合回路(用导线连接或两电极 直接接触)。,简单记为“3有1反应”,知识梳理 原电池:,化学能,电能,活泼性不同,电解质溶液,闭合回路,氧化还原反应,4、原电池的正负极的判断方法,活泼性较强的金属,电子流出的电极,阴离子移向的电极,氧化反应,溶解的电极,活泼性较弱的金属或能导电 的非金属,电子流入的电极,阳离子移向的电极,还原反应,质量增重 或有气泡产生的电极,【注意】： 判断原电池的正负极最常用的方法是：还原剂发生反应的电极为负极； 氧化剂发生反应的电极为正极。 依据金属活泼性的相对强弱来判断原电池的正负极的时候，还要考虑电解质溶 液对电极反应的影响。例如：在MgAlHCl 溶液的原电池中，Mg为负极， Al为正极；而在MgAlNaOH 溶液的原电池中， Al 为负极，Mg为正极。,5、原电池反应总方程式及其电极反应式的书写,(1)先写电极反应式，再推写原电池反应总方程式 负极为活泼金属时，一般失去电子形成可溶性 稳定价态阳离子，或进入溶液，或与电解质发 生反应；若为燃料电池，负极一般不参与反应， 可燃气体失去电子，形成稳定的氧化产物，或 进一步与电解质溶液反应。 正极上，一般是溶液中氧化性最强的微粒获得电 子被还原，生成稳定的还原产物，或进一步与电 解质溶液反应。 正、负两极反应式在确保得失电子数目相等的前 提下，加和可得原电池反应总方程式。,(2)先写原电池反应总方程式，再推写电极反应式 依据“两电极溶液”作用来判断原电池反应总方程式， 若两电极与溶液都不反应，则一般是吸氧腐蚀型的反应； 若为燃料电池，则依据“可燃物氧气电解液”作用来 判断原电池反应总方程式。 负极上，是还原剂失去电子发生氧化反应。若正极反应 式已先写出,负极反应式也可以用原电池反应总方程式减 去正极反应式得出。 正极上，是氧化剂得到电子发生还原反应。若负极反应 式已先写出,正极反应式也可以用原电池反应总方程式减 去负极反应式得出。,【注意】书写原电池电极反应式时，要注意介质是否参加反应， 遵守3个守恒：元素守恒、得失电子数守恒和电子守恒。,5、原电池反应总方程式及其电极反应式的书写,题型一、有电极参与的原电池反应,例1.如图所示的原电池中，烧杯中盛有X溶液，写出原电池 的电极反应和原电池反应。 (1)当X为HCl溶液时 (2)当X为NaOH溶液时,解： (1)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,(2)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,Mg 2e Mg 2,2H2eH2,Mg2HClMgCl2H2,2Al 6e 8OH2AlO24H2O,6H2O6e 6OH3H2,2Al2NaOH2H2O2NaAlO23H2,解题的一般思路,针对练习1：如图所示的原电池中，烧杯中盛有X溶液，写出原电池的 电极反应和原电池反应。 (1)当X为稀HNO3溶液时 (2)当X为浓HNO3溶液时,参考答案： (1)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,(2)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,Fe3eFe3,NO33e4HNO2H2O,Fe4HNO3Fe(NO3)3NO2H2O,Cu2eCu2,2NO32e4H2NO22H2O,Cu4HNO3(浓)Cu(NO3)22NO22H2O,针对练习2：如图所示的原电池中，写出原电池的电极反应 和原电池反应。 (1)当X为Zn时 (2)当X为Pt时,参考答案： (1)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,(2)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,Zn 2e Zn 2,2H2eH2,Zn2HClZnCl2H2,2Cu 4e2Cu2,O24e 4H2H2O,2CuO2 4HCl 2CuCl22H2O,想一想：在上述Zn-Cu-HCl原电池中发现Zn片上也会产生气泡, 为什么?如何改正?,盐桥： 在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。此装置优点：能持续、稳定地产生电流。,设计盐桥原电池的思路： (1)还原剂和氧化产物为负极的半电池。 (2)氧化剂和还原产物为正极的半电池。 (3)根据电极反应确定合适的电极材料 和电解质溶液。 (4)外电路用导线连通，可以接用电器。 (5)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。,思考题： 如何将反应ZnCuSO4=ZnSO4Cu 设计成盐桥原电池？,想一想：下面两个原电池有何相同和不同之处?,相同处： 两者的电极式和原电池反应均相同： 负极：Zn2eZn2 正极：Cu22eCu(铜电极上均会有铜继续覆盖) 原电池反应：ZnCuSO4 ZnSO4Cu,不同之处： 前者：电流表指针发生偏转，但随着时间 的延续，锌片上也逐渐被铜覆盖， 最后全部被铜覆盖，且电流表指针 偏转的角度越来越小，最终指向零 而没有电流通过，它无法产生持续 稳定的电流。 后者：锌片持续溶解，电流表指针发生偏 转，能持续稳定地产生电流。,盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,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或KNO3 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。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。,注：Zn-Cu-CuSO4盐桥原电池可表示为： (-)Zn|ZnSO4 CuSO4|Cu(+) “|”表示液-固的界面；“”表示盐桥。,【注意】盐桥的作用：,使两个烧杯中的溶液连成一个通路，代替两溶液直接接触。,让溶液始终保持电中性使电极反应得以继续进行。,简单记为“连通电路、平衡电荷”,题型二、燃料电池,例2：如图所示的燃料电池中， 写出电极反应和原电池反应。 (1)当电解质溶液为H2SO4溶液时 (2)当电解质溶液为KOH溶液时 (3)当电解质为熔融的 K2CO3和Li2CO3时 (4)当电解质为熔融的Y2O3和ZrO2时,解： (1)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,CH48e2H2OCO28H,2O28e8H4H2O,CH42O2 CO22H2O,(2)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,CH48e10 OHCO327H2O,2O28e4H2O8OH,CH42O2 2KOHK2CO33H2O,题型二、燃料电池,例2：如图所示的燃料电池中， 写出电极反应和原电池反应。 (1)当电解质溶液为H2SO4溶液时 (2)当电解质溶液为KOH溶液时 (3)当电解质为熔融的K2CO3时 (4)当电解质为熔融的Y2O3和ZrO2时,解： (3)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,CH48e4CO3 2 5CO22H2O,2O28e4CO24CO32,CH42O2 CO22H2O,(4)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,CH48e4O2CO22H2O,2O28e4O2,CH42O2 CO22H2O,小结： 书写燃料电池的总反应式和电极反应式的技巧： 写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应。 写出正极的电极反应式(一般较简单) 。 由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极 的电极反应式。,注意： 燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池除能量转化率 高外还可持续使用，不污染环境。 一般的可燃物均可与O2组成燃料电池，如H2、CO、CH4、 C2H6 、C3H8 、C4H10 、C2H4 、N2H4 、H2S 、CH3OH、 C2H5OH、CH3OCH3 等。 燃料电池一般以碱性介质作电解液，也可用酸性等介质作 电解液，但其电极上反应式是有区别的。,针对练习：如图所示的燃料电池中， 写出电极反应和原电池反应。 (1)当电解质溶液为H2SO4溶液时 (2)当电解质溶液为KOH溶液时 (3)当电解质为熔融的 K2CO3和Li2CO3时 (4)当电解质为熔融的Y2O3和ZrO2时,答案： (1)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,2CH3OH12e2H2O 2CO212H,3O212e12H6H2O,2CH3OH3O2 2CO24H2O,(2)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,2CH3OH12e16OH2CO3212H2O,3O212e6H2O12OH,2CH3OH3O24KOH2K2CO36H2O,答案： (3)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,2CH3OH12e6CO3 2 8CO24H2O,3O212e6CO26CO32,2CH3OH3O2 2CO24H2O,(4)负极： ， 正极： ， 原电池反应： 。,2CH3OH12e6O22CO24H2O,3O212e6O2,2CH3OH3O22CO24H2O,针对练习：如图所示的燃料电池中， 写出电极反应和原电池反应。 (1)当电解质溶液为H2SO4溶液时 (2)当电解质溶液为KOH溶液时 (3)当电解质为熔融的 K2CO3和Li2CO3时 (4)当电解质为熔融的Y2O3和ZrO2时,想一想：当用熔融的K2O 代替熔融的掺杂氧化钇(Y2O3)的 氧化锆(ZrO2)时，电极反应和原电池反应又如何？,1.如图所示的原电池中，烧杯中盛有X溶液， 写出原电池的电极反应和原电池反应。 (1)当X为HCl溶液时。 (2) 当X为NaOH溶液时。 (3)当X为稀HNO3溶液时。(4)当X为浓HNO3溶液时。,强化练习：,参考答案： 1.(1) 负极：2Al6e2Al3 ； 正极：6H6e3H2； 原电池反应：2Al6HCl2AlCl33H2,(2) 负极： 2Al 6e 8OH2AlO24H2O ； 正极： 6H2O6e 6OH3H2； 原电池反应： 2Al2NaOH2H2O2NaAlO23H2,(3) 负极： Al3eAl3 ； 正极： NO33e4HNO2H2O ； 原电池反应： Al4HNO3Al(NO3)3NO2H2O,(4) 负极： Cu 2eCu2 ； 正极： 2NO32e4H2NO22H2O ； 原电池反应： Cu4HNO3(浓)Cu(NO3)2NO22H2O,(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 电极。,2. 依据氧化还原反应：2Ag+(aq) Cu(s) Cu2+(aq) 2Ag(s) 设计的盐桥原电池如图所示，请回答下列问题：,Cu,AgNO3,正,X,Ag,2Ag2e2Ag,Cu2eCu2,3.如图所示的是可逆盐桥原电池， (1)请你选择电极材料：X 、Y 。 (2)若向乙烧杯中溶入KI固体，则 Y极为 极, 此时X极上发生 的电极反应式为 。 (3)若向甲烧杯中溶入FeCl2固体，则X极为 极, 此时Y极上发生的电极反应式为 。,参考答案： (1) 石墨；石墨 (2) 负；2Fe32e2Fe2 (3) 负；I22e2I,4.熔融盐燃料电池具有高的放电效率。用Li2CO3和Na2CO3 的 熔融盐混合物 作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合 气为阴极助燃气，可制得在 65下工作的燃料电池，该电池总反应式为 ； 正极反应式为 ； 负极反应式为 。,2COO22CO2,O24e2CO22CO32,2CO 4e2CO32 4CO2,参考答