人教版选修四原电池Ppt.ppt

普通高中课程标准实验教科书化学选修4 第一节 原电池 第四章 电化学基础 1 原电池的定义 2 原电池反应的本质 3 构成原电池的条件 将化学能转化为电能的装置叫做原电池 氧化还原反应 电解质溶液 两个活泼性不同的导体做电极 形成闭合回路 能自发地发生氧化还原反应 两极一液一连接 一 知识回顾 例 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 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 Cu Zn 稀硫酸 Zn2 H H Zn 2e Zn2 负极 正极 2H 2e H2 总反应式 Zn 2H Zn2 H2 负 正 氧化反应 还原反应 现象 锌棒溶解 铜棒上有气泡 A Cu Zn Zn2 H H 负极 正极 阳离子 阴离子 正极 负极 SO42 4 原电池工作原理 A e A B C D E F G 下列哪几个装置能形成原电池 H V X V V X X X V 思考与练习 理论上应看到只在铜片上有金属析出 实际上锌片上也有金属产生 这是什么原因导致的呢 最终又会造成什么后果 怎样避免和克服呢 A CuSO4 锌片铜片 想一想 思考 如何才能得到持续稳定的电流 分析 由于锌片与硫酸铜溶液直接接触 铜在锌片表面析出 锌表面也构成了原电池 进一步加速铜在锌表面析出 致使向外输出的电流强度减弱 当锌片表面完全被铜覆盖后 不再构成原电池 也就没有电流产生 交流 研讨一 让锌片与硫酸铜不直接接触 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 如何改进原电池装置 盐桥 在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶 二 双液原电池 1 实验现象 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 2 工作原理 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 二 双液原电池 思考 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 解析 使Cl 向锌盐方向移动 K 向铜盐方向移动 使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性 从而使电子不断从Zn极流向Cu极 1 使整个装置构成通路 代替两溶液直接接触 2 可使连接的两溶液保持电中性 3 盐桥的作用 设计中需要关注的问题 1 有一个自发进行的氧化还原反应2 要有电极材料3 电解质溶液4 组成闭合回路5 装置 三 原电池的设计 设计双液原电池的思路 还原剂和氧化产物为负极的半电池氧化剂和还原产物为正极的半电池 Zn 2Ag Zn2 2Ag 根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液外电路用导线连通 可以接用电器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 练习 利用Fe Cu2 Fe2 Cu设计一个原电池 画出示意图 写出电极反应 负极 Fe 2e Fe2 正极 Cu2 2e Cu Cu Fe CuSO4 FeSO4 四 原电池正负极判断 1 由组成原电池的电极材料判断一般负极 的金属正极 的金属或导体 以及某些金属氧化物可以理解成 与电解质溶液反应 练习 Mg Al H2SO4中是正极 是负极Mg Al NaOH中是正极是负极 Mg Al Al Mg 活泼性强 活泼性弱 非金属 负极 1 由组成原电池的电极材料判断 2 根据电子 电流 流动的方向判断电子 由流出 流入 电流 由流出 流入 负极 正极 正极 负极 四 原电池正负极判断 1 由组成原电池的电极材料判断 2 根据电子 电流 流动的方向判断 3 根据电极反应类型判断负极 电子 发生反应正极 电子 发生反应 失 得 氧化 还原 四 原电池正负极判断 1 由组成原电池的电极材料判断 2 根据电子 电流 流动的方向判断 3 根据电极反应类型判断 4 根据电解质溶液离子移动的方向判断阴离子 向极移动 负极带正电荷 阳离子 向极移动 正极带负电荷 负 正 四 原电池正负极判断 1 由组成原电池的电极材料判断 2 根据电子 电流 流动的方向判断 3 根据电极反应类型判断 4 根据电解质溶液离子移动的方向判断 5 根据电极现象来判断负极 正极 牺牲 溶解 增重 气泡 四 原电池正负极判断 1 由组成原电池的电极材料判断 2 根据电子 电流 流动的方向判断 3 根据电极反应类型判断 4 根据电解质溶液离子移动的方向判断 5 根据电极现象来判断 6 燃料电池中燃料在反应氧化剂在反应 负极 正极 四 原电池正负极判断 1 判断金属的活动性 原电池的负极为较活泼的金属 发生氧化反应 把A B C D四块金属泡在稀H2SO4中 用导线两两相连可以组成各种原电池 若A B相连时 A为负极 C D相连 D上有气泡逸出 A C相连时A极减轻 B D相连 B为正极 则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为 A C D B 五 原电池原理的应用 2 改变化学反应速率 1 加快反应速率实验室制取氢气 用锌与稀硫酸反应 锌用纯锌好 还是用粗锌好 杂质为碳 为什么 如果只有纯锌 稀硫酸和硫酸铜 怎么办 马口铁和白铁一旦有划痕后 在潮湿的空气中 谁被腐蚀的速度快 2 减缓反应速率 金属的电化防腐 3 钢铁的电化腐蚀 4 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 Fe2O3 nH2O 铁锈 通常两种腐蚀同时存在 但以后者更普遍 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性 水膜呈中性或酸性很弱 CO2 H2O H2CO3 H HCO3 电极反应 负极Fe Fe 2e Fe2 2Fe 4e 2Fe2 正极C 2H 2e H2 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 Fe 2H Fe2 H2 2Fe 2H2O O2 2Fe OH 2 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 联系 Cu AgNO3溶液 2Ag 2e 2Ag Cu 2e Cu2 Cu Ag 正 练习2 08广东卷 用铜片 银片 Cu NO3 2溶液 AgNO3溶液 导线和盐桥 装有琼脂 KNO3的U型管 构成一个原电池 以下有关该原电池的叙述正确的是 在外电路中 电流由铜电极流向银电极 正极反应为 Ag e Ag 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作 将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A B C D C 练习3如图所示 在铁圈和银圈的焊接处 用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中 使之平衡 小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液 片刻后可观察到的现象是 铁圈和银圈左右摇摆不定保持平衡状态铁圈向下倾斜 银圈向上倾斜D 银圈向下倾斜 铁圈向上倾斜 D 练习4 市场上出售的 热敷袋 其主要成分是铁屑 碳粉 木屑和少量氯化钠 水等 热敷袋启用之前用塑料袋密封使其与空气隔绝 启用时 打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量 使用完后 会发现有大量的铁锈存在 请回答下列问题 1 热敷袋使用时 为什么会放出热量 2 碳粉的主要作用是什么 氯化钠又起了什么作用 3 试写出有关的电极反应式和化学方程式 1 利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量 2 碳粉的主要作用是和铁粉 氯化钠溶液一起构成原电池 加速铁屑的氧化 氯化钠溶于水 形成了电解质溶液 3 负极 2Fe 4e 2Fe2 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应方程式是 2Fe 2H2O O2 2Fe OH 2 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 2020 3 16 31 可编辑 用途广泛的电池 用于汽车的铅蓄电池和燃料电池 第二节化学电源 用途广泛的电池 用于 神六 的太阳能电池 笔记本电脑专用电池 手机专用电池 摄像机专用电池 各式各样的纽扣电池 小型高性能燃料电池 阅读课文P74页并回答问题 1 化学电池与其它能源相比有哪些优点 能量转换效率高 供能稳定可靠 可以制成各种形状和大小 不同容量和电压的电池和电池组 使用方便 易于维护 并可在各种环境下工作 比能量 单位 w h kg w h L 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 比功率 单位 W kg W L 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 电池的可储存时间的长短 除特殊情况外 质量轻 体积小而输出电能多 功率大 储存时间长的电池 其质量好 2 判断电池的优劣标准主要是什么 化学电池 氢气 甲醇 天然气 煤气与氧气组成燃料电池 铅蓄电池锌银蓄电池镍镉电池锂离子电池 电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后 就不能再次利用 又称充电电池或蓄电池 放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生 恢复工作能力 可多次重复使用 是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源 又称连续电池 3 目前化学电池主要分哪几大类 1 碱性锌 锰干电池 负极 Zn 正极 MnO2 电池反应 电解质 KOH Zn 2OH 2e Zn OH 2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 思考 该电池的正负极材料和电解质 碱性锌锰电池的优点 电流稳定 放电容量 时间比干电池增大几倍 不会气涨或漏液 一 一次电池 2 银 锌电池 负极 正极 总反应 Zn 2OH 2e Zn OH 2 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH Ag2O Zn H2O Zn OH 2 2Ag Zn Ag2O 电解质 KOH 3 锂电池 Li MnO2非水电解质电池 负极 Li正极 MnO2电解质 LiClO4 混合有机溶剂 碳酸丙烯脂 二甲氧基乙烷 电池反应 负极Li e Li 正极MnO2 Li e LiMnO2 总反应Li MnO2 LiMnO2 4 铅蓄电池 1 正负极材料 正极 PbO2 负极 Pb 2 工作机制 电解质 H2SO4溶液 铅蓄电池为典型的可充电电池 其电极反应分为放电和充电两个过程 二 二次电池 放电过程总反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l Pb s SO42 aq 2e PbSO4 s 正极 PbO2 s 4H aq SO42 aq 2e 2PbSO4 s 2H2O l 氧化反应 还原反应 负极 放电过程 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程 3 优缺点简析 缺点 比能量低 笨重 废弃电池污染环境 优点 可重复使用 电压稳定 使用方便 安全可靠 价格低廉 其它二次电池 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 聚合物锂离子蓄电池 大有发展前景的燃料电池燃料电池是利用氢气 天然气 甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池 目前燃料电池的能量转化率可达近80 约为火力发电的2倍 这是因为火力发电中放出的废热太多 燃料电池的噪声及硫氧化物 氮氧化物等废气污染都接近零 燃料电池发明于19世纪30年代末 经反复试验 改进 到20世纪60年代才开始进入实用阶段 三 燃料电池 O2 H2 H2O 5 氢氧燃料电池 负极H2 正极O2 总反应 O2 2H2 2H2O 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 碱性电解质 KOH 氢氧燃料电池 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 总反应 CH4 2O2 CO2 2H2O 正极 2O2 8H 8e 4H2O 负极 CH4 2H2O 8e CO2 8H 6 甲烷燃料电池 酸性条件 总反应 CH4 2OH 2O2 CO32 3H2O 正极 2O2 4H2O 8e 8OH 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 6 甲烷燃料电池 碱性条件 3O2 12H 12e 6H2O 总反应 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 2CH3OH 2H2O 12e 2CO2 12H 酸性条件 负极 正极 7 甲醇燃料电池 2CH3OH 4OH 3O2 2CO32 6H2O 3O2 6H2O 12e 12OH 2CH3OH 16OH 12e 2CO32 12H2O 负极 正极 总反应 碱性条件 7 甲醇燃料电池 再写正极反应 O2 2H2O 4e 4OH 酸性 先写总反应 燃料在氧气中的燃烧 燃料电池的电极反应的书写 若有CO2生成 且电解质为强碱时 考虑CO2 2OH CO32 H2O O2 4H 4e 2H2O 碱性 最后写负极反应 总反应减去正极反应 燃料电池的电极反应的书写 碱性溶液反应物 生成物中均无H 酸性溶液反应物 生成物中均无OH 中性溶液反应物中无H 和OH 燃料电池的规律 燃料做负极 助燃剂氧气为正极 电极材料一般不参加化学反应 只起传导电子的作用 能量转化率高 超过80 普通的只有30 有利于节约能源 燃料电池与前几种电池的差别 氧化剂与还原剂在工作时不断补充 反应产物不断排出 优点 能量转化率高 可持续使用 对环境友好 用途 宇宙飞船 应用前景广阔 书写电极反应式应注意以下几点 1 电极反应是一种离子反应 遵循书写离子反应的所有规则 如 拆 平 3 负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物 与溶液的酸碱性有关 如 4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在 在碱性溶液中以CO32 形式存在 2 将两极反应的电子得失数配平后 相加得到总反应 总反应减去一极反应即得到另一极反应 4 溶液中不存在O2 在酸性溶液中它与H 结合成H2O 在碱性或中性溶液中它与水结合成OH 减少污染节约资源 1 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的熔融盐混合物用作电解质 CO为阳极燃气 空气与CO2的混合气为阴极助燃气 制得在6500 下工作的燃料电池 完成有关的电池反应式 负极反应式 正极反应式 O2 2CO2 4e 2CO32 总电池反应式 2CO 2CO32 4e 4CO2 2CO O2 2CO2 2 一种新燃料电池 一极通入空气 另一极通入丁烷气体 电解质是掺杂氧化钇 Y2O3 的氧化锆 ZrO2 晶体 在熔融状态下能传导O2 下列对该燃料说法正确的是 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