高中化学44《原电池原理及其应用》课件(旧人教版必修.ppt

她的病因是 格林太太 漂亮 开朗 乐观 身体健康 脸上有着 永恒的微笑 只是她在开怀大笑的时候 人们才可以发现她一口整齐而洁白的牙齿中镶有两颗假牙 其中一颗是黄金的 这是格林太太富有的标志 另一颗是不锈钢做的 这是一次车祸后留下的痕迹 令人百思不解的是 打从车祸以后 格林太太经常头痛 夜间失眠 心情烦躁 能为她开一个处方吗 原电池原理及其应用 将Zn片插入H2SO4溶液中有什么现象 为什么 将Cu片插入H2SO4溶液中有什么现象 为什么 实验探究 锌片上有气泡产生 原理 Zn 2H Zn2 H2 2e 若将Zn片 Cu片用一导线连接再浸在H2SO4溶液中 有什么现象 为什么 将一Zn片 Cu片平行插入H2SO4溶液中 有什么现象 为什么 实验现象 铜片上有气泡产生 问题探究 1 铜片上产生什么气体 有人说H2是由铜和稀硫酸在这种特定的条件下反应产生出来的 这种想法正确吗 2 铜片上的电子从何来 Cu Zn 稀硫酸 Zn2 H H Zn 2e Zn2 2H 2e H2 导线间接一电流计有何现象产生 为什么 电流表指针偏转 证明有电流通过 现象 友情提示 电流是由于电子的定向移动而产生的 因物质间发生反应 使电子转移而产生电流 根据能量守恒原理 这种产生出来的电能是从什么能量转变来的呢 结论 一 原电池 化学能转变为电能的装置 原电池 电子的转移 氧化还原反应 电流 原电池演示 Cu Zn 稀硫酸 Zn2 H H 等效电路 1 原电池的正负极判断 正极负极 电流流向 电子流向 负极 电子流出的一极正极 电子流入的一极 2 电极反应 2H 2e H2 负极 Zn 2e Zn2 正极 原电池 氧化反应 还原反应 氧化还原反应 总反应 Zn 2H Zn2 H2 离子方程式 失去电子 得到电子 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 化学方程式 得失电子数守恒 铜片的作用是什么 可以用石墨代替吗 问题一 Cu Zn 溶液中阴阳离子分别向哪一个电极运动 Zn2 负极 正极 静电作用 整个装置是如何形成电流的闭合回路的 问题二 Cu Zn 有人说在铜锌原电池中 活泼金属失去电子 不活泼金属得到电子 这种说法正确吗 Zn2 负极 正极 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 问题三 Cu Zn 为什么H 在铜片上得到电子 Zn2 负极 正极 静电斥力 静电引力 问题四 Cu Zn Zn2 H H Zn 2e Zn2 2H 2e H2 氧化反应 还原反应 负极 正极 电子沿导线传递 产生电流 阳离子 失去电子 溶液中阳离子得到电子 阴离子 正极 负极 SO42 原电池工作原理小结 较活泼金属 不活泼金属或石墨 较活泼的金属发生氧化反应 电子从较活泼的金属 负极 通过外电路流向较不活泼的金属 正极 还原剂 Zn 失去电子 发生氧化反应 氧化剂 H 在铜极上得到电子 发生还原反应 还原剂失去的电子从锌极流出 流入铜极 经外电路 Zn2 H SO42 电流方向 探究 形成原电池的条件 微观原理 结论 有两种活动性不同的金属作电极 结论 有两种活泼性不同的金属 或一种是非金属导体 作电极 负极 正极 比较活泼的金属相对不活泼的金属 石墨等 结论 电极材料均浸入电解质溶液中 结论 两极相连形成闭合电路 结论 一个自发进行的氧化还原反应 u 3 形成简单原电池的条件 两种活泼性不同的金属 或一种金属与非金属导体如 石墨 作电极用导线相连 或直接接触 插入电解质溶液里 形成闭合回路金属能与电解质溶液自发发生氧化还原反应 练习 判断下列哪些装置构成了原电池 若不是 请说明理由 若是 请指出正负极名称 并写出电极反应式 2H 2e H2 负极 总反应 正极 Zn 2e Zn2 Zn 2H Zn2 H2 负极 正极 总反应 正极 负极 总反应 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 Zn 2H Zn2 H2 Fe 2e Fe2 Cu2 2e Cu Fe Cu2 Fe2 Cu Fe CuSO4 Cu FeSO4 负极 正极 总反应 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu Zn Cu2 Zn2 Cu 或Zn CuSO4 ZnSO4 Cu 负极 正极 总反应 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 Fe 2H Fe2 H2 或Fe H2SO4 FeSO4 H2 较活泼金属 氧化反应 较不活泼金属 或非金属导体 还原反应 课堂小结 两极一液成回路 氧化还原是核心 1 原电池是如何构成的 极板插入 中 在原电池中 金属极板发生氧化反应 电子经导线从 金属一极流向 金属极板 溶液中易得到电子的 在不活泼的金属极板发生 在原电池中 相对活泼的金属为 极 相对不活泼的金属 或石墨电极 为 极 铜锌原电池发生的反应是 在锌电极 负极 在铜电极 正极 电子流方向 电子流从原电池的 经导线流向 溶液中离子运动方向 阳离子向 运动 阴离子向 运动 电流方向 电流从原电池的 经导线流向 再从 经内电路流向 从而形成闭合回路 你知道了吗 2 原电池是如何工作的 两块活动性不同的金属 电解质溶液 较活泼 较活泼 较不活泼 阳离子 还原反应 负 正 Zn 2e Zn2 负极 正极 正极 负极 正极 负极 负极 正极 小结 一 原电池的定义 二 原电池电极的判断 依据电子的流向 依据极发生的反应 依据组成极的材料 三 原电池的工作原理 四 原电池的构成条件 熟记金属活动顺序表 依据电解质溶液中离子移动方向 依据现象 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 2H 2e H2 阴离子 阳离子 总反应 负极 正极 2H 2e H2 Zn 2e Zn2 Zn 2H Zn2 H2 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 离子方程式 化学方程式 电极反应 正极 负极 氧化反应 还原反应 反应原理 正负两极上进出电子总数相等 根据电子守恒原理可进行许多有关电极反应的计算 原电池反应跟直接反应差别 反应速率加快 一般只有一个电极直接参加反应 原电池的工作原理是将氧化还原反应分在正 氧化 负 还原 两极进行 负极上失去的电子流入正极 从而产生电流 利用原电池原理可制作各种电池 如干电池 铅蓄电池 银锌电池 锂电池 氢氧燃料电池 1 下列说法中正确的是 A 原电池是把的装置B 原电池中电子流出的一极是 发生氧化反应C 原电池两极氧化反应和还原反应D 原电池中的阳离子向正极移动 D 化学能转化为电能 电能转化为化学能 正极 负极 均发生 分别发生 练习 2 将锌片和铜片用导线连接置于稀硫酸中 下列说法正确的是 A锌片的质量逐渐B电流方向是从铜片向锌片CH 在铜片表面被D极附近SO42 浓度逐渐增大 B 增大 减小 还原 氧化 正 负 3 X Y Z W四种金属片进入稀盐酸中 用导线连接 可以组成原电池 实验结果如下图所示 则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为 Z Y X W 4 把a b c d4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 d上产生大量气泡 a c相连时 电流由c经导线流向a b d相连时 电子由d经导线流向b 则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为 A a b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 5 已知空气 锌电池的电极反应为 锌片 Zn 2OH 2e ZnO H2O石墨 O2 H2O 4e 4OH 根据此判断 锌片是 A 负极 并被氧化B 负极 并被还原C 正极 并被氧化D 正极 并被还原 A 6 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源 它的电极反应是 Zn Ag2O H2O 2Ag Zn OH 2 则负极上发生反应的物质是 A AgB Zn OH 2C Ag2OD Zn D 7 利用金属a 活动性比氢强 与碳棒b构成原电池 电解质溶液为稀硫酸 关于此装置的下列说法中不正确的是 A a为负极 b为正极B 碳棒上有气体逸出 溶液的pH增大C 导线上有电流 电流的方向从a到bD 反应后a极质量减少 C 练习 1 请你根据化学反应 Cu 2FeCl3 CuCl2 2FeCl2判断右边原电池的正 负极 并写出电极反应式 CuC FeCl3溶液 2 请判断右边原电池的正 负极 A NaOH溶液 MgAl 负极 Cu 2e Cu正极 2Fe 2e 2Fe 2 3 2 提示 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 稀硫酸溶液 二 简单原电池的设计 1 将反应 2FeCl3 Fe 3FeCl2设计成原电池 2 判断正负极并写出电极反应 石墨 Fe FeCl3溶液 负极 铁 Fe 2e Fe2 正极 石墨 2Fe3 2e 3Fe2 干电池 纽扣电池 锂电池 化学电源 三 常见的化学电源 干电池 负极 Zn Zn 2e Zn2 正极 C 2NH4 2e 2NH3 H2 一次电池 锌 锰干电池 放电时 化学能转化为电能 充电时 电能转化为化学能 总电池反应 PbO2 Pb 2H2SO42PbSO4 2H2O 燃料电池 新型电池 负极 2H2 4e 4OH 4H2O 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 氢氧燃料电池示意图 氢氧燃料电池 燃料电池 新型电池 补充知识 1 燃料电池的本质反应 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 2 在酸性溶液中的反应 正极 O2 4H 4e 2H2O 负极 2H2 4e 4H 铝 空气 海水电池 1991年 我国首创 用作海上标志灯 以海水为电解液 靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流 负极 4A1 12e 4A13 正极 3O2 6H2O 12e 12OH 电池总反应式为 4A1 3O2 6H2O 4A1 OH 3这种海水电池比 干电池 的能量高20 50倍 甲烷 氧燃料电池 该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极 又在两极上分别通甲烷和氧气 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O正极 2O2 4H2O 8e 8OH 电池总反应式为 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 小结 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 乙醇等 燃料电池一般以碱性介质作电解液 也可用酸性介质作电解液 二者电极上应式是有区别的 如甲烷 氧燃料电池在酸性介质中的电极反应为 负极 CH4 2H2O 8e CO2 8H 正极 2O2 8H 8e 4H2O总反应式为 CH4 2O2 CO2 2H2O 四 原电池的应用 2 比较金属活动性强弱 例 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 1 制作干电池 蓄电池 高能电池等 3 比较反应速率 例 下列制氢气的反应速率最快的是 C 粗锌和1mol L硫酸 A 纯锌和1mol L硫酸 B 纯锌和18mol L硫酸 D 粗锌和1mol L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液 D 4 判断溶液pH值变化 例 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值为 溶液体积变化忽略不计 0 2 解得 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 xx0 168 解 0 2 0 125 2 c H 余 2H 2e H2 4 lg3 75 0 015 5 比较金属腐蚀的快慢 例 下列各情况 在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 2 1 3 五 金属的腐蚀和防护 1 2 金属阳离子 失e 氧化反应 金属腐蚀的类型 化学腐蚀 电化腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 常见普遍 金属原子 金属腐蚀的本质 3 金属腐蚀 是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应 氧化 还原 而腐蚀损耗的过程 不纯的金属跟电解质溶液接触时构成原电池 比较活泼的金属失电子而被氧化 金属的腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 有电流产生 金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应 无电流产生 金属被氧化的过程 有微弱电流产生 金属与非电解质等直接接触 化学腐蚀与电化腐蚀的比较 化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生 但电化腐蚀大于化学腐蚀 较活泼金属被氧化的过程 钢铁表面形成的微小原电池示意图 钢铁及其制品通常为含碳的铁合金 若在潮湿的环境里长期放置 常易生锈变红 原因是什么 钢铁的析氢腐蚀示意图 钢铁的吸氧腐蚀示意图 阳极 负极 Fe 2e Fe2 总的过程 Fe 2H2O Fe OH 2 H2 Fe OH 2进一步被氧化为Fe OH 3 Fe OH 3及其脱水产物Fe2O3 xH2O Fe2O3等是红褐色铁锈的主要成分 钢铁的腐蚀分析 析氢 腐蚀 总的过程 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 Fe OH 2进一步被氧化为Fe OH 3 Fe OH 3及其脱水产物Fe2O3 xH2O Fe2O3等是红褐色铁锈的主要成分 钢铁的腐蚀分析 吸氧 腐蚀 水膜呈弱酸性或中性 O2 2H2O 4e 4OH Fe 2e Fe2 钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 两种腐蚀同时存在 但钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀 金属腐蚀的影响因素 金属本性对腐蚀的影响 金属越活泼 越易失电子 化学腐蚀越严重 材料活泼性差异越大 原电池反应越快 越易腐蚀 金属在电解质溶液中腐蚀快于在非电解质溶液中腐蚀 金属在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀 电解质溶液对腐蚀的影响 金属腐蚀的快慢 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护腐蚀 同一种金属 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 材料活泼性差异越大 腐蚀越快 对同一电解质溶液 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 添加 保护层法 在金属表面涂上保护层 使金属与腐蚀介质隔离 如采用喷油漆 涂机油 凡士林 沥青 搪瓷 喷镀或表面钝化等 改变金属内部结构 可根据不同用途选用不同金属或非金属制成合金 以防止腐蚀 如不锈钢是一种耐腐蚀的合金 金属的防护措施 方法一 方法二 原理 隔绝金属与外界空气 电解质溶液的接触 牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的金属上连接比它活泼的金属 以构成原电池 海轮铁壳焊锌块 金属的防护措施 方法三 原理 形成原电池反应时 让被保护金属做正极 不反应 起到保护作用 而活泼金属反应受到腐蚀 原电池小结 定义 形成条件 正负极名称和电子流向判断 工作原理 氧还反应 熟写电极反应式 应用 分析各种电池 比较金属活动性强弱 比较反应速率 比较金属腐蚀的快慢 判断溶液pH变化 金属