江苏省邳州市第二中学高中化学《1.3.1 化学能转化为电能 电池》课件 鲁科版选修4.ppt

第三节化学能转化为电能 电池 第1课时原电池的工作原理化学电源 学习目标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 掌握构成原电池的条件 3 了解常见化学电源的种类 工作原理和用途 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 第1课时原电池的工作原理化学电源 课前自主学案 课前自主学案 自主学习一 原电池的工作原理1 铜锌原电池的实验探究 1 装置 2 实验现象 减少 减少 增加 增加 3 实验分析 zn cu 负 正 化学 电 2 原电池定义 将 转化为 的装置 3 原电池的构成条件 化学能 电能 4 原电池的工作原理外电路中电子由 极流向 极 内电路 电解质溶液 中阴离子移向 极 阳离子移向 极 电子发生定向移动从而形成电流 实现了 能向 能的转化 5 电极反应及电池反应负极 m mn ne 发生 反应正极 nm me n发生 反应电池总反应 负 正 负 正 化学 电 氧化 还原 mm nnm mmn nn 二 化学电源1 电池的种类及特点 充电和放电 电解池 原电池 2 常见电池 1 锌锰干电池 一次电池 组成 分为 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koh mno2 电极反应及电池反应 酸性 碱性 石墨棒 锌筒 nh4cl 2 铅蓄电池又称二次电池 组成 正极材料为 负极材料为 电解质溶液为30 h2so4溶液 电极反应及电池反应放电时电极反应为 pbo2 pb 3 氢氧燃料电池 组成 正 负极材料均为 电解质为 电极反应及电池反应 碱性电解质 负极反应 2h2 4oh 4h2o 4e 正极反应 o2 2h2o 4e 4oh 电池反应 2h2 o2 2h2o 石墨 酸或碱 问题探究1 装置 中若取出盐桥 检流计指针是否发生偏转 为什么 提示 不偏转 如果要使检流计指针发生偏转 则该装置中心必须形成闭合回路 如果取出盐桥 很显然该装置没有构成闭合回路 检流计指针不会发生偏转 2 电极反应与电池反应有何区别与联系 提示 电极反应是分别在两极上发生的 半反应 氧化反应或还原反应 电池反应是两个电极反应加合消去电子后的总反应 可通过电极反应相加求电池反应 也可通过电池反应减一个电极反应求另一个电极反应 3 为什么说燃料电池是很有发展前景的一种化学电源 提示 燃料电池具有能量利用率高 可连续使用 污染小等优点 自主体验1 在理论上不能用于设计原电池的化学反应是 a h2so4 aq bacl2 aq 2hcl aq baso4 s h 0b 2ch3oh l 3o2 g 2co2 g 4h2o l h 0c 4fe oh 2 s 2h2o l o2 g 4fe oh 3 s h 0 d 3cu s 8hno3 aq 3cu no3 2 aq 2no g 4h2o l h 0解析 选a 用于设计成原电池的反应一般为放热的 可以自发进行的氧化还原反应 所以a不能 因为a为复分解反应 是非氧化还原反应 2 将铜和锌用导线连接插入到盐酸中 关于该装置的叙述 正确的是 a 锌是负极 铜的表面有气泡b 电子从铜极经外电路流向锌极c 溶液中cl 向铜极移动d 溶液的ph基本没有变化 解析 选a b项锌失去电子 电子从负极流向正极 电流方向与电子流向相反 b错 原电池中阴离子流向负极 c错 h 在正极得电子生成h2 所以溶液中h 浓度降低 ph增大 3 原创题 在下图中的8个装置中 属于原电池的是哪几个 解析 构成原电池要有四个基本条件 a 电解质溶液 b 两个电极 其中一个相对较活泼 另一个相对较不活泼 两个电极直接或间接地连接在一起 并插入电解质溶液中 c 能自发地发生氧化还原反应 d 形成闭合回路 符合条件 答案 课堂互动讲练 原电池正 负极的判断 特别提醒 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 如镁 铝电极在稀硫酸中构成原电池 镁为负极 铝为正极 而镁 铝电极在氢氧化钠溶液中构成原电池 铝为负极 镁为正极 2011年日照高二检测 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 根据电池反应2ag aq cu s cu2 aq 2ag s 可知 负极反应为cu cu2 2e 正极反应为2ag 2e 2ag 所以负极材料为cu 正极溶液为含ag 的电解质溶液 如agno3溶液 电池工作时外电路中的电子从负极 cu 流向正极 ag 答案 1 铜 或cu agno3溶液 2 正ag e agcu cu2 2e 3 负 cu 正 ag 提示 若左池的cuso4溶液改换成agno3溶液 电极cu与agno3溶液直接发生置换反应 外电路上不会得到持续稳定的电流 互动探究若将左池中的电解质溶液改换成agno3溶液 会产生怎样的效果 变式训练1 2009年高考上海卷 茫茫黑夜中 航标灯为航海员指明了方向 航标灯的电源必须长效 稳定 我国科技工作者研制出以铝合金 pt fe合金网为电极材料的海水电池 在这种电池中 铝合金是阳极 铝合金是负极 海水是电解液 铝合金电极发生还原反应 a b c d 解析 选a 电池电极只称为正 负极 故 错 其中活泼的一极为负极 即为铝合金 对 电极在海水中 故海水为电解质溶液 对 铝合金为负极 发生氧化反应 故 错 1 书写电极反应和电池反应的方法 1 根据给出的化学方程式或根据题意 确定原电池的正 负极 弄清正 负极上发生反应的物质 2 弱电解质 气体或难溶物均以分子式表示 其余以离子符号表示 书写电极反应和电池反应的规律 3 注意电解质溶液的成分及其对正 负极反应产物的影响 正 负极产物可根据题意或根据化学方程式确定 4 写电极反应式时要保证电荷守恒 元素守恒 质量守恒 可在电极反应式一端根据需要添加h 或oh 或h2o 将两个电极反应式合起来 即可得到电池反应总方程式 2 原电池电极反应的书写原则如果题目给定的是图示装置 先分析正 负极 再根据正 负极反应规律去写电极反应式 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 再结合电解质溶液的实际情况去写电极反应式 另一电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式 用总反应式减去易写出的电极反应式 即得结果 3 可充电电池的反应规律 1 可充电电池有充电和放电两个过程 放电时是原电池 充电时是电解池 2 放电时的负极反应和充电时的阴极反应 放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上可逆 即将正 负 极反应改变方向即得阳 阴 极反应式 3 放电总反应和充电总反应在形式上互逆 但不是可逆反应 4 确定转移的电子数目的方法 1 正确书写氧化还原反应方程式并标出电子转移的方向和数目 2 通过电池反应中转移电子的数目确定电极反应中得失的电子数目 特别提醒 应用以上要点还要掌握一些特殊的电极反应 理解其本质 并举一反三 例如 负极反应总是还原剂失电子 常见的有 非金属h2等 产物为h 或h2o等金属zn fe等 产物为金属阳离子zn2 fe2 等正极反应总是氧化剂得电子 常见的有 非金属o2 cl2等 产物为h2o oh cl 等 如图所示 组成一种原电池 试回答下列问题 灯泡功率合适 1 电解质溶液为稀h2so4时 灯泡 填 亮 或 不亮 若灯泡亮 则mg电极上发生的反应为 al电极上发生的反应为 2 电解质溶液为naoh溶液时 灯泡 填 亮 或 不亮 若灯泡亮 则mg电极上发生的反应为 al电极上发生的反应为 解析 1 2 两种情况都具备了形成原电池的条件 因而灯泡都亮 当电解质为酸溶液时 mg比al活泼 mg是原电池的负极 失去电子变为mg2 al是原电池的正极 电子由mg片流向al片 正极上h 得电子变为h2 当电解质为碱溶液时 al与碱反应为2al 2naoh 2h2o 2naalo2 3h2 而mg与碱不反应 所以al是原电池负极 负极上al失去电子 电子流向正极 mg是正极 正极上h 得电子变成h2 易误警示 金属单质的活泼性往往从金属与酸 h 反应置换h2的难易程度上加以比较 若改换为其他电解质 如碱 要打破常规 利用金属 如铝 的特殊性认识问题 从而找到解决问题的突破口 变式训练2据报道 美国正在研究用锌电池取代目前广泛使用的蓄电池 它具有容量大 污染小的特点 其电池反应为2zn o2 2zno 其原料为锌 空气和碱性电解质溶液 则下列叙述中 正确的是 a 锌为正极 空气在负极反应b 负极发生还原反应 正极发生氧化反应c 负极的电极反应为zn 2oh zno h2o 2e d 电池工作时溶液的c oh 升高 解析 选c 锌是负极 由负极的电极反应zn 2oh zno h2o 2e 可知 电池工作时溶液的oh 浓度减小 从理论上讲 任何一个自发的氧化还原反应 都可以设计成原电池 1 基本依据构成原电池的基本条件 也是进行原电池设计的基本依据 1 根据电池反应写出电极反应 2 找出两极材料 电极材料 原电池的设计 3 找出电解质溶液 4 形成闭合回路 2 电解质溶液及电极材料的选择 1 电解质溶液的选择 电解质是使负极放电的物质 因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应 或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应 如空气中的氧气 但如果两个半反应分别在两个容器中进行 中间连接盐桥 则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液 如在铜 锌 硫酸盐构成的原电池中 负极金属锌浸泡在含有zn2 的电解质溶液中 而正极金属铜浸泡在含有cu2 的电解质溶液中 2 电极材料的选择在原电池中 选择还原性较强的金属做负极 易导电且比负极活动性弱的物质做正极 并且原电池的电极必须能导电 电池中的负极必须能够与电解质溶液反应 容易失去电子 因此负极一般是活泼的金属材料 正极和负极之间产生的电势差是电子 阴 阳离子 移动的动力 3 设计思路 利用反应zn 2fecl3 zncl2 2fecl2设计一个原电池 在下图方格内画出实验装置图 并指出正极材料为 电极反应式为 负极材料为 电极反应式为 解析 将zn 2fecl3 zncl2 2fecl2拆分为 zn zn2 2e 氧化反应 2fe3 2e 2fe2 还原反应 结合原电池的电极反应特点分析可知 该电池的负极应用锌 正极用活泼性比锌弱的金属或导电的非金属 为保证fe3 在正极得电子 电解质溶液为fecl3等易溶的铁盐溶液 答案 pt2fe3 2e 2fe2 znzn zn2 2e 规律方法 一般来说 自发的氧化还原反应都可以设计成相应的原电池 具体设计时 先将氧化还原反应拆分为两个半反应 即氧化反应和还原反应 然后根据构成原电池的条件 选择合适的电极材料及适宜的电解质溶液 将两电极用导线连接插入电解质溶液形成闭合回路 该原电池的设计即获成功 变式训练3一个原电池的总反应的离子方程式是zn cu2 cu zn2 该反应的原电池的正确组合是 解析 选c 由原电池总反应的离子方程式为zn cu2 cu zn2 可知锌是负极 cu2 在正极发生还原反应 电解质溶液必须是含有cu2 的盐溶液 c项正确 探究整合应用 这类实验主要是根据氧化还原反应来设计原电池 以及原电池中的电极反应和电极周围溶液发