《原电池》PPT课件.ppt

第四章电化学基础 2020年1月7日星期二 第一节原电池 1 电化学 2 从反应产物与电流的关系分类 阅读教材P70回答 研究化学能与电能相互转换的装置 过程和效率的科学 产生电流的反应 原电池 借助电流而发生的反应 电解池 复习回顾 1 原电池是 的装置 原电池反应的本质是 反应 将化学能转化为电能 氧化还原 2 如右图所示 组成的原电池 1 当电解质溶液为稀H2SO4时 Zn电极是 填 正 或 负 极 其电极反应为 该反应是 填 氧化 或 还原 下同 反应 Cu电极是 极 其电极反应为 该反应是 反应 2 当电解质溶液为CuSO4溶液时 Zn电极是 极 其电极反应为 该反应是 反应 Cu电极是 极 其电极反应为 该反应是 反应 负 Zn 2e Zn2 氧化 正 2H 2e H2 还原 负 Zn 2e Zn2 氧化 正 Cu2 2e Cu 还原 氧化反应 Zn 2e Zn2 铜锌原电池 电解质溶液 失e 沿导线传递 有电流产生 还原反应 Cu2 2e Cu 阴离子 阳离子 总反应 负极 正极 Cu2 2e Cu Zn 2e Zn2 Zn Cu2 Zn2 Cu 离子方程式 电极反应 正极 负极 氧化反应 还原反应 阳离子 原电池原理 外电路 内电路 与原电池相关的概念 1 电路 外电路 内电路 电子流向 失电子的一极向得电子的一极 电流方向 与电子流动方向相反 阴离子流动方向与电子流动方向一致 阳离子流动方向与电流方向一致 2 电极 正极 电子流入的一极 负极 电子流出的一极 3 电极反应式 正极 2H 2e H2 负极 Zn 2e Zn2 4 总反应式 Zn 2H Zn2 H2 锌铜原电池工作原理 提出问题 上图是我们在必修2中学习过的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 造成的主要原因 由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡 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 这种作用称为极化作用 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 设计如下图 书P71图4 1 所示的原电池装置 你能解释它的工作原理吗 优点 能产生持续 稳定的电流 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 用棉花堵住管口即可 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 参考教材72页第三段 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 请同学们思考 上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的 指出电池的正负极 并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式 ZnSO4溶液CuSO4溶液 负极 锌片 Zn 2e Zn2 氧化反应 正极 铜片 Cu2 2e Cu 还原反应 电池反应 总化学方程式 Zn Cu2 Zn2 Cu 一 对锌铜原电池工作原理的进一步探究 二 实验探究形成原电池的条件 可以 可以 可以 不可以 形成条件一 活泼性不同的两个电极 负极 较活泼的金属正极 较不活泼的金属 石墨等 可以 不可以 形成条件二 电极需插进电解质溶液中 实验探究形成原电池的条件 实验探究形成原电池的条件 形成条件三 必须形成闭合回路 不可以 可以 二 组成原电池的条件 1 有两种活动性不同的金属 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 4 内部条件 能自发进行氧化还原反应 A B C D E F M N 1 下列哪几个装置能形成原电池 O V X V V X X X X V 2 一个电池反应的离子方程式是Zn Cu2 Zn2 Cu 该反应的的原电池正确组合是 C 三 原电池的正负极的判断方法 微观判断 根据电子流动方向 电子流出的极电子流入的极 负极 正极 较活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极工作后质量减少的电极 负极 正极 正极 负极 工作后 有气泡冒出的电极为正极 发生氧化反应的极发生还原反应的极 宏观判断 根据电极材料 根据原电池电极发生的反应 根据电极质量的变化 根据电极有气泡冒出 负极 正极 1 某金属能跟稀盐酸作用发出氢气 该金属与锌组成原电池时 锌为负极 此金属是A MgB FeC AlD Cu B 2 由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时 电解质溶液的pHA 不变B先变大后变小C逐渐变大D 逐渐变小 C 4 X Y Z M N代表五种金属 有以下化学反应 水溶液中 X Y2 X2 Y Z 2H2O 冷 Z OH 2 H2 M N为电极与N盐溶液组成原电池 电极反应为M 2e M2 Y可以溶于稀硫酸 中 M不被稀硫酸氧化 则这五种金属的活动性由弱到强的顺序是A M N Y X ZB N M X Y ZC N M Y X ZD X Z N M Y C 3 把a b c d四块金属片浸入稀硫酸中 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极上产生大量气泡 b d相连时 b上有大量气泡产生 则四种金属的活动性顺序由强到弱的为A a b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 判断右边原电池的正 负极 并写出电极反应式 CuC FeCl3溶液 负极 Cu失电子Cu 2e Cu2 正极 Fe3 得电子2Fe3 2e 2Fe2 Cu 2FeCl3 CuCl2 2FeCl2 先写出总反应 即负极与电解质溶液反应 拆成离子方程式 Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 根据化合价升降判断正负极 四 电极方程式的书写 1 简单原电池电极方程式的写法 请写出右边原电池的电极方程式 总反应方程式 负极 Al 失e 2Al 6e 2Al3 2Al3 8OH 2AlO2 4H2O 负极总反应 2Al 8OH 6e 2AlO2 4H2O 正极 总反应 负极反应 6H2O 6e 6OH 3H2 拆成离子方程式 2Al 2OH 2H2O 2AlO2 3H2 根据化合价升降判断正负极 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 2 燃料电池电极方程式的写法总反应 实际上就是燃料的完全燃烧 负极 通入燃料 为燃料失去电子的氧化反应 正极 通入氧化剂 为氧化剂得到电子的还原反应 以Pt为电极 电解质溶液为KOH溶液的氢氧燃料电池为例 负极总反应 2H2 4e 4OH 4H2O 正极 总反应 负极反应 总反应 2H2 O2 2H2O 负极 H2失e 4H 4OH 4H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 有机物碱性燃料电池 CxHyOzO2KOH溶液总反应 CxHyOz x y 4 z 2 O2 2xOH xCO32 x y 2 H2O正极 x y 4 z 2 O2 4x y 2z e 2x y 2 z H2O 4x y 2z OH 负极 CxHyOz 4x y 2z e 6x y 2z OH xCO32 3x y z H2O 固体燃料电池 丁烷燃料电池 固体Y2O3 ZrO2传递O2 总反应 2C4H10 13O2 8CO2 10H2O负极 2C4H10 52e 26O2 8CO2 10H2O正极 13O2 52e 26O2 练习 熔融盐燃料电池具有高的发电效率 因而受到重视 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质 CO为负极燃气 空气与CO2的混和气为正极助燃气 制得在650 下工作的燃料电池 完成有关的电池反应式 电池反应式 负极反应式 2CO 2CO32 4CO2 4e 正极反应式 总电池反应 O2 2CO2 4e 2CO32 2CO O2 2CO2 3 复杂原电池电极方程式的书写方法点拨 写电极方程式的时候 要根据 得电子显负电 失电子显正电 的原则 利用 电荷守恒 通过巧用H OH 和水写出电极方程式 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 练习 写出铅酸蓄电池的电极反应 Pb SO42 2e PbSO4 负极 Pb失电子 4H 2H2O 正极 PbO2 SO42 2e PbSO4 银锌电池 电解质为KOH 的电池总反应为 Zn Ag2O ZnO 2Ag写出其正 负极反应 Zn 2e ZnO 2OH H2O Ag2O 2e 2Ag H2O 2OH 负极 正极 1 高铁电池是一种新型可充电电池 与普通高能电池相比 该电池长时间保持稳定的放电电压 高铁电池的总反应为 下列叙述不正确的是A 放电时负极反应为 B 充电时阳极反应为 C 放电时每转移3mol电子 正极有1molK2FeO4被氧化D 放电时正极附近溶液的碱性增强 C 2 某可充电的锂离子电池以LiMn2O4 次锰酸锂 为正极 嵌入锂的碳材料为负极 含Li 导电固体为电解质 放电时的电池反应为 下列叙述正确的是A 放电时 LiMn2O4发生氧化反应B 放电时 正极反应为Li LiMn2O4 e Li2Mn2O4C 充电时 LiMn2O4发生氧化反应D 充电时 阳极反应为Li e Li B 3 我国首创的海洋电池以铝板为负极 铂网为正极 海水为电解质溶液 空气中的氧气与铝反应产生电流 电池总反应为 下列叙述不正确的是A 正极反应为 O2 2H2O 4e 4OH B 电池工作时 电流由铝电极沿导线流向铂电极C 以网状的铂为电极 可增大与氧气的接触面积D 该电池通常只需要更换铝板就可继续使用 B 4 一种新型燃料电池 一极通入空气 另一极通入丁烷气体 电解质是掺杂氧化钇的氧化锆晶体 在熔融状态下能传到O2 下例对该燃料电池的说法正确的是 A 在熔融电解质中 O2 由负极移向正极B 电池的总反应是2C4H10 13O2 8CO2 10H2OC 通入空气的一极是正极 电极反应为O2 4e 2O2 D 通入丁烷的一极是正极 电极反应为C4H10 26e 13O2 4CO2 5H2O BC 5 化学电池在通讯 交通及日常生活中有着广泛的应用 1 目前常用的镍 Ni 镉 Cd 电池 其电池总反应可以表示为 Cd 2NiO OH 2H2O2Ni OH 2 Cd OH 2已知Ni OH 2和Cd OH 2均难溶于水但能溶于酸 以下说法中正确的是 以上反应是可逆反应 以上反应不是可逆反应 充电时化学能转变为电能 放电时化学能转变为电能A B C D B 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 五 原电池原理应用 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18mol L硫酸 C 粗锌和1mol L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液 D D 五 原电池原理应用 3 比较金属腐蚀的快慢 五 原电池原理应用 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 10 4 4 lg3 75 答 0 015 根据电极反应 正极 负极 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 得 2222 4 xy0 168 解 0 2 0 125 2 c H 余 2H 2e H2 大 0 015 五 原电池原理应用 5 原电池原理的综合应用 例5 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