高中化学 专题1 第二单元 第一课时 原电池的工作原理和化学电源课件 苏教版选修4.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cu zn 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 zn 2e zn2 正极 还原 2h 2e h2 zn h2so4 稀 znso4 h2 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 h 216 81kj mol 1 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 zn 2e zn2 cu2 2e cu zn cuso4 znso4 cu 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 zn 2oh 2e zn oh 2 正极 ag2o h2o 2e 2ag 2oh 总反应 zn ag2o h2o zn oh 2 2ag 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 zn 2oh 2e 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 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh zn 2mno2 2h2o zn oh 2 2mnooh 3 铅蓄电池 二次电池 组成 逆反应 还原 氧化 2pbso4 2h2o pb pbo2 2h2so4 上述充 放电反应可写成如下化学方程式 pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o 4 氢氧燃料电池 2h2 4e 4h o2 4e 4h 2h2o 2h2 4e 4oh 4h2o o2 4e 2h2o 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zn cu2 zn2 cu 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6h2o 6e 6oh 3h2 c 中fe作为负极 电极反应式为fe 2e fe2 d 中cu作为正极 电极反应式为2h 2e 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o2 2h2o 4e 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2h2 o2 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2molh2失掉4mol电子 初步确定负极反应为 2h2 4e 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 2h2 4oh 4e 4h2o 3 用总反应式2h2 o2 2h2o减去负极反应式得正极反应式为 2h2o o2 4e 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 fe ni2o3 3h2o fe oh 2 2ni 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feb 电池放电时 负极反应为 fe 2oh 2e fe oh 2c 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 2 2oh 2e ni2o3 3h2o 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fe 2oh 2e 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 fe 2oh 2e fe oh 2 所以电池充电过程中阴极反应为fe oh 2 2e fe 2oh 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 2 2oh 2e ni2o3 3h2o 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a b 3 设计化学电池例如 以2fecl3 cu 2fecl2 cucl2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 cu 2e cu2 正极 2fe3 2e 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 cu 2e cu2 正极 ag e 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ag e agcu 2e 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