人教版化学选修四-原电池课件.ppt

新课标人教版选修四化学反应原理 第四章电化学基础 1原电池 2化学电源 4金属的电化学腐蚀与防护 电化学基础 3电解池 氧化还原反应 化学能转化为电能 自发进行 电能转化为化学能 外界能量推动 知识结构 第一节原电池 把化学能转变为电能的装置叫原电池 要解决的问题 1 什么是原电池 2 原电池的工作原理 电子的流向 电流的流向 离子的流向 形成条件 电极的判断 电极反应的写法 原电池及其工作原理 1 定义 电极名称 相对活泼的电极为负极相对不活泼的电极为正极 3 电极反应 负极 正极 失电子的氧化反应得电子的还原反应 从理论上说 任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池 化学能转化为电能的装置为原电池 活动探究1 响 响 两极材料不同 活泼性不同的两个电极 响 不响 负极 较活泼的金属正极 较不活泼的金属 石墨等 4原电池形成的条件 溶液导电性不同 电极材料均需插入电解质溶液中 活动探究2 响 不响 不响 电解质溶液是否连通 两极相连与电解质溶液必须形成闭合回路 活动探究3 原电池的构成条件 能自发地发生氧化还原反应 两种活泼性不同的电极 电解质溶液 做原电池的内电路 可能参与反应 形成闭合回路 正极一般不参与电极反应 只起导电作用 小结 5 定向移动方向 电子 离子 原电池 负极给出电子 并流向正极 必发生失电子的氧化反应 必发生得电子的还原反应 与原电池相关的概念 1 电路 外电路 内电路 电子流向 负极流向正极 电流方向 正极流向负极 阴离子流向负极 阳离子流向正极 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 例1 下列哪几个装置能形成原电池 A B C D E F M N CuSO4 例2 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片 下列叙述正确的是 A 正极附近的SO42 离子浓度逐渐增大 B 电子通过导线由铜片流向锌片 C 正极有O2逸出 D 铜片上有H2逸出 D 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pH A 不变B先变大后变小C逐渐变大D 逐渐变小 C 练习 1 下列装置中能组成原电池形成电流的是 牛刀小试 C 原电池的判断 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 小结 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 讨论 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 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 在探究实验的装置中架上盐桥连通 看有什么现象 电流计指针回到零点 说明无电流 未构成原电池 电流计指针偏转 有电流通过电路 是原电池装置 2 然后取出盐桥 又将看到什么现象 探究实验 盐桥 在U形管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶 盐桥的作用是什么 可提供定向移动的阴阳离子 使由它连接的两溶液保持电中性 盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移 使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行 导线的作用是传递电子 沟通外电路 而盐桥的作用则是沟通内电路 双液原电池的工作原理 有关概念 盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻 胶冻的作用是防止管中溶液流出 盐桥的作用 1 形成闭合回路 2 平衡电荷 3 双液原电池的优点 能产生持续 稳定的电流 原电池 双液 锌半电池 铜半电池 Cu Zn2 Cu2 SO42 SO42 Zn K Cl Zn2 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu 负极 正极 把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行 再以适当方式连接 可以获得电流 1 依探究实验的原理 按以下反应设计一个能持续产生电流的原电池装置 画出装置图 Cu 2AgNO3 Cu NO3 2 2Ag 课堂练习 说明 盐桥为含有琼胶的KNO3饱和溶液 24 3 判断下列哪些装置构成了原电池 若不是 说明理由 若是 指出正负极名称并写出电极反应式 A B C D 4 依据反应 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 电极流向 电极 铜 AgNO3 正 2Ag 2e 2Ag Cu 2e Cu2 Ag Cu 26 电池电极反应式的类型 由NordriDesign提供 电池电极反应式的书写 先写出总反应 再写出某一个简单的半反应 用总反应减去半反应就得到另一个半反应 规则 28 一 仅有负极材料参与反应 参与反应的金属电极本身为负极 负极参与反应的金属失电子 先写出负极反应式 正极是介质溶液中的微粒得电子 反应一般为析氢 吸氧 析Cu Ag等 29 1 酸性较强介质 正极一般是析氢反应 负极 Zn 2e Zn2 正极 2H 2e H2 总反应 Zn 2H H2 Zn2 30 2 碱性介质 正极一般是吸氧反应 负极 2Fe 4e 2Fe2 或2Fe 2OH 4e 2Fe OH 2正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 31 3 接近中性介质 正极一般是吸氧反应 负极 2Fe 4e 2Fe2 正极 O2 4e 2H2O 4OH 总反应 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 32 4 含不活泼金属的盐溶液为介质 正极析出不活泼金属 Cu Ag等 负极 Fe 2e Fe2 正极 Cu2 2e Cu总反应 Fe Cu2 Cu Fe2 练习 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 34 二 电极材料本身均不参与反应 两电极均为惰性电极 常见于燃料电池 1 酸性介质氢氧燃料电池2H2 O2 2H2O负极 2H2 4e 4H 正极 O2 4H 4e 2H2Oa 应考虑电解质对电极反应的影响b 介质为酸性溶液时 反应式两边不能出现OH 离子c H 写在正极的反应物中 35 2 碱性介质氢氧燃料电池2H2 O2 2H2O负极 2H2 4OH 4e 4H2O正极 O2 2H2O 4e 4OH 36 3 当电解质溶液接近中性时氢氧燃料电池2H2 O2 2H2O负极 2H2 4e 4H 正极 O2 2H2O 4e 4OH 37 例一有人设计出利用CH4和O2的反应 用铂电极在KOH溶液中构成原电池 电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧 则下列说法正确吗 1 负极上是O2获得电子 电极反应式为O2 2H2O 4e 4OH 2 负极上CH4失去电子 电极反应式CH4 10OH 8e CO32 7H2O 38 三 两电极材料均参与反应 两电极材料通常由金属和金属化合物构成 1 酸性介质铅蓄电池 Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 2H2O负极 Pb SO42 2e PbSO4正极 PbO2 SO42 4H 2e PbSO4 2H2Oa 应考虑电解质对电极的影响 如生成难溶物等 b 介质为酸性溶液时 反应式两边不能出现OH c H 写在正极的反应物中 39 2 碱性介质爱迪生蓄电池 Fe NiO2 2H2OFe OH 2 Ni OH 2负极 Fe 2OH 2e Fe OH 2正极 NiO2 2H2O 2e Ni OH 2 2OH a 反应式两边不能出现H 离子b OH 写在负极的反应物中 1 利用原电池原理设计新型化学电池 2 改变化学反应速率 如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气 3 进行金属活动性强弱比较 4 电化学保护法 即将金属作为原电池的正极而受到保护 如在铁器表面镀锌 五 原电池的主要应用 5 解释某些化学现象 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 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 原电池原理应用 3 比较金属腐蚀的快慢 例3 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 原电池原理应用 例4 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 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 打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量 使用完后 会发现有大量铁锈存在 热敷袋 是利用放出热量 2 炭粉的主要作用是 3 加入氯化钠的主要作用是 4 木