第四节原电池的原理及其应用-新人教.ppt

原电池原理 伏打电池的发明源于一个有趣的生物实验 在死去的青蛙腿上同时插入用导线连接着两种不同材料的电极 青蛙腿就像触电似的痉挛起来 你知道其中的奥秘吗 开题 你听说过伏打电池吗 学生实验一 将锌片 铜片插入稀硫酸 有何现象 锌片上有气泡产生 原理 Zn 2H Zn2 H2 2e 实验二 锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中 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 电流计 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 3 如何检验电子的流动 问题探究 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 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 Cu Zn 稀硫酸 Zn2 H H 灯泡 1 原电池的正负极判断 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 铜片的作用是什么 可以用石墨代替吗 问题一 问题二 Cu Zn 整个装置是如何形成电流的闭合回路的 负极 正极 问题三 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 问题四 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 问题五 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 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 实验探究 将铝片 石墨插入稀硫酸溶液中 是否可以形成原电池 石墨 Al 稀硫酸 1 说明反应的现象 2 判断正负极 3 写出电极反应式 4 写出总反应的离子方程式和化学方程式 巩固练习1 Mg Fe 稀硫酸 1 说明反应的现象 2 判断正负极 3 写出电极反应式 4 写出总反应的离子方程式和化学方程式 巩固练习2 实验探究 将锌片 铜片插入硫酸铜溶液中 是否可以形成原电池 1 说明两个电极质量的变化情况 2 判断正负极 3 写出电极反应式 4 写出总反应的离子方程式和化学方程式 巩固练习3 二 形成简单原电池的条件 两种不同的金属 或一种金属与石墨 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动发生氧化还原反应 1 在如下图所示的8个装置中 属于原电池的有 e 课堂练习 三 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 四 常见的化学电源 一次电池 二次电池 高能电池 燃料电池 锌 锰干电池 四 常见的化学电源 干电池 一次电池 电极 Zn为负极 碳棒为正极 电解液 NH4Cl ZnCl2和淀粉糊 另有黑色的MnO2粉末 吸收正极产生的H2 防止产生极化现象 负极 Zn Zn 2e Zn2 正极 C 2NH4 2e 2NH3 H2H2 2MnO2 Mn2O3 H2O去氢4NH3 Zn2 Zn NH3 4 2 去氨 电极方程式 四 常见的化学电源 铅蓄电池 电极 Pb为负极 PbO2为正极 电解液 30 的H2SO4溶液 电极反应式 负极 Pb Pb SO42 2e PbSO4 正极 PbO2 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 总电池反应 PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 拓展创新 铅蓄电池 二次电池 1 25 1 28g cm 3 课堂练习 2 铅蓄电池 原电池 的电极分别是PbO2和Pb 电解质溶液为稀硫酸溶液 工作时原电池的总反应是 PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 根据上述反应 判断 1 原电池的负极是 填电极材料 2 工作时蓄电池负极反应式为 3 工作时蓄电池里电解质溶液的PH变化 电极 Zn为负极 Ag2O为正极 电解液 KOH溶液 电极反应式 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应式 Zn Ag2O H2O 2Ag Zn OH 2 拓展创新 银锌电池 高能电池 银锌电池 锂电池 电极 Pt制作的惰性电极 电解质溶液 KOH溶液 负极 2H2 4e 4OH 4H2O 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 拓展创新 氢氧燃料电池 若为酸性介质 试写出电极反应式 思考 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 4H 4e 2H2O 新型燃料电池 氢氧燃料电池 甲烷电池 煤气电池 海水 空气电池 铝 空气 海水电池 新型燃料电池 氢氧燃料电池 甲烷电池 煤气电池 铝 海水 空气电池 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 新型燃料电池 氢氧燃料电池 甲烷电池 煤气电池 海水 空气电池 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 五 原电池的应用 1 制作干电池 蓄电池 高能电池等 例1 选择适宜的材料和试剂设计一个原电池 以便完成下列反应 FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2 画出原电池的示意图并写出电极反应式 负极 铜 Cu 2e Cu2 正极 石墨 2Fe3 2e 3Fe2 五 原电池的应用 2 比较金属活动性强弱 例2 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 3 比较反应速率 例3 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 比较金属腐蚀的快慢 例4 下列各情况 在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 5 2 1 3 4 5 判断溶液pH值变化 例6 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 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 4 lg3 75 0 015 六 金属的腐蚀和防护 1 判断下列装置是否为原电池 若是 指出电极名称并写出电极反应式 2 若将Fe棒C棒粉碎掺在一起制成一光亮的Fe C合金棒 插在HCl里 则是否构成了原电池 若是 电极反应是什么 长期放置 铁棒表面会有什么变化 4 钢铁腐蚀的本质是什么 什么是钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 为什么常以后者为主 5 生产上常采取哪些金属防腐措施 3 钢铁及其制品通常为含碳的铁合金 若在潮湿的环境里或浓度较大的环境里长期放置 常易生锈变红 原因是什么 钢铁表面形成的微小原电池示意图 钢铁的析氢腐蚀示意图 钢铁的吸氧腐蚀示意图 知识总结 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 金属腐蚀 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 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 2Fe 2H2O O2 2Fe OH 2 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 联系 钢铁腐蚀的防护 例6 改变金属的内部组织结构 如将Cr Ni等金属加进钢里制成合金钢 A C 铜的金属活动性比氢小 因此不宜被氧化 B D 它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金 2000年5月 保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝 铜铸的牛首 猴首和虎首 普通铜器时间稍久容易出现铜绿 其主要成分是 Cu2 OH 2CO3 这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈 下列对起原因的分析 最可能的是 环境污染日趋严重 它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去 D 它们是含一定比例金 银 锡 锌的合金 2 金属表面覆盖保护层 3 电化学保护法 原理 原理 如油漆 油脂等 电镀 Zn Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜 作保护层 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 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 牺牲阳极的阴极保护法示意图 练习 1 如图 水槽中试管内有一枚铁钉 放置数天观察 1 若液面上升 则溶液呈性 发生腐蚀 电极反应式为 负极 正极 若液面下降 则溶液呈性 发生腐蚀 电极反应式为 负极 正极 2 中性或碱性 吸氧 Fe 2e Fe2 O2 2H2O 4e 4OH 酸性 析氢 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 2 分析右图 按要求写出有关反应方程式 1 铁棒上的电极反应式为 2 碳棒上的电极反应式为 3 溶液中发生反应的化学方程式 3 镍 镉可充电电池可发生如下反应 Cd 2NiO OH 2H2O 由此可知 该电池的负极材料是 Cd OH 2 2Ni OH 2 放电 充电 A Cd D B NiO OH D Ni OH 2 C Cd OH 2 2Fe 2H2O O2 2Fe OH 2 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 O2 2H2O 4e 4OH 2Fe 4e 2Fe2 4 盐酸与锌片反应时 若加入可溶性醋酸铜 CH3COO 2Cu 将产生两种影响生成速率的因素 其一是 其二是 5 有M N两种金属 分别与盐酸反应 产生H2速率相近 试设计一个实验比较M N两种金属的活泼性 H 与C