2019-2020学年高中化学 第四章 电化学基础 第1节 原电池课件 新人教版选修4

第一节原电池 1 概念原电池是把 能转化为 能的装置 2 实质将 反应的电子转移变成电子的定向移动 即将化学能转化为电能 3 形成条件 1 活泼性不同的两极 2 电解质溶液 原电池 化学 电 氧化还原 3 形成闭合回路 4 自发的氧化还原反应 4 特征 1 负极发生 反应 正极发生 反应 2 电子方向 从 极流出沿导线流入 极 3 电流方向 从 极沿导线流向 极 4 离子的迁移方向 电解质溶液中 阴离子向 极迁移 阳离子向 极迁移 盐桥含饱和kcl溶液 k 移向 极 cl 移向 极 氧化 还原 负 正 正 负 负 正 正 负 1 原电池中的两极是如何规定的 分别发生什么反应 答案 在原电池中 发生氧化反应的一极为负极 发生还原反应的一极为正极 2 在原电池中作负极的金属是否一定比作正极的金属活泼 答案 不一定 原电池的正负极不仅和电极相对活泼性有关 还与电解质溶液有关 如电解质溶液是氢氧化钠 电极是铝和镁 此时铝作负极 而镁的金属性比铝强 3 把离子反应fe cu2 fe2 cu设计成原电池 可以用哪些溶液作电解质溶液 答案 可以用cucl2 cuso4等可溶性铜盐溶液 原电池的工作原理 2 原电池的构成条件 1 具有活泼性不同的两个电极常见的原电池大多是由活泼性不同的两种金属作电极 其中较活泼的电极作负极 它既作电极 同时又作还原剂 2 具有电解质溶液电解质溶液的作用有两个 一是导电 二是参与电极反应 3 电极间形成闭合回路 4 能自发进行氧化还原反应氧化还原反应是构成原电池的首要条件 只有能自发进行的氧化还原反应 理论上才有可能被设计成原电池 原电池工作原理 1 实验步骤 按照图 所示装置进行实验 请观察两个金属片插入溶液后电流计指针位置的变化 金属电极表面的变化以及溶液温度的变化 分析是否有电流产生 以及电流表指针偏转角度的变化 2 实验现象 有电流产生 锌片质量减小 铜片表面有红色物质析出 铜片质量增大同时溶液温度升高 有电流产生 锌片质量减小 铜片表面有红色物质析出 铜片质量增大同时溶液温度不变 3 实验结论 化学能主要转化为电能和热能 化学能主要转化为电能 盐桥工作原理 特点 1 盐桥工作原理盐桥是将热的琼脂溶液 可以是饱和kcl溶液或nh4no3溶液 倒入u形管中 不能产生裂隙 将冷却后的u形管浸泡在kcl饱和溶液或nh4no3饱和溶液中制得 离子在盐桥中能定向移动 通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来 可使电流持续传导 某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池 2kmno4 10feso4 8h2so4 2mnso4 5fe2 so4 3 k2so4 8h2o 盐桥中装有饱和k2so4溶液 下列叙述中正确的是 a b电极上发生还原反应b 甲烧杯中溶液的ph逐渐减小c 电池工作时 盐桥中的so移向甲烧杯d 外电路的电流方向是从a到b 答案 d 解题指引 根据原电池的负极失电子发生氧化反应 正极得电子发生还原反应分析 a 反应开始时 甲中石墨电极上发生还原反应b 反应开始时 盐桥中的阴离子向乙池迁移c 反应达到平衡状态时 甲乙电池中的离子浓度不再变化d 反应处于平衡状态时 电子沿着石墨 乙池 电流计 石墨 甲池 路径流动 答案 d 解析 该装置是原电池 根据电池反应式知 甲池中铁离子发生还原反应 则甲池石墨作正极 发生还原反应 故a正确 反应开始时 盐桥中阴离子向负极区域移动 阳离子向正极区域移动 所以阴离子向乙池迁移 故b项正确 反应达到平衡状态时 正逆反应速率相等 甲乙池中离子浓度不变 没有电流产生 电流计读数为0 故c项正确 d项错误 1 原电池两极的判断 正确书写原电池电极反应式 2 原电池正负极判断的注意点 1 原电池正 负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应 如果给出一个化学反应方程式判断正 负极 可以直接根据化合价的升降来判断 发生氧化反应的一极为负极 发生还原反应的一极为正极 2 判断电极时 不能简单地依据金属的活泼性来判断 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关 还与电解质溶液有关 不要形成活泼电极一定作负极的思维定势 如 al在强碱性溶液中比mg更易失电子 al作负极 mg作正极 fe al在浓hno3中钝化后比cu等金属更难失电子 cu等金属作负极 fe al作正极 3 正确书写电极反应式 加减法 1 先确定原电池的正负极 列出正负极上的反应物质 并标出相同数目电子的得失 2 根据氧化还原反应原理写出电极反应式 负极反应负极失去电子发生氧化反应 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存 若不共存 则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式 1 铜铬构成原电池如图1 其中盛稀硫酸烧杯中的现象为 盐桥中装的是饱和kcl琼脂溶液 下列关于此电池的说法正确的是 填字母 a 盐桥的作用是使整个装置构成通路 保持溶液呈电中性 凡是有盐桥的原电池 盐桥中均可以用饱和kcl琼脂溶液b 理论上1molcr溶解 盐桥中将有2molcl 进入左池 2molk 进入右池c 此过程中h 得电子 发生氧化反应d 电子从铬极通过导线流到铜极 又通过盐桥转移到左烧杯中 2 如构成图2电池发现 铜电极上不再有图1的现象 铬电极上产生大量气泡 遇空气呈红棕色 写出正极电极反应式 解析 1 铬能与稀硫酸反应 生成氢气和crso4 这说明铬电极是负极 铜电极是正极 氢离子放电 生成h2气体 a项 盐桥的作用是使整个装置构成通路 保持溶液呈电中性 盐桥中不是都可以用饱和kcl琼脂溶液 若电解质溶液为硝酸银溶液时 会生成沉淀 错误 b项 理论上1molcr溶解 则转移2mol电子生成1molcr2 同时消耗2mol氢离子 所以根据溶液的电中性可知 盐桥中将有2molcl 进入左池 2molk 进入右池 正确 c项 此过程中h 得电子 发生还原反应 错误 d项 电子不能在溶液中传递 错误 2018年四川广元模拟 石墨烯锂硫电池放电时的工作原理示意图如图 电池反应为2li ns li2sn 有关该电池说法正确的是 a 放电时 li 向负极迁移b a电极上发生的一个电极反应为2li 6s 2e li2s6c 若对该电池充电 b电极接电源正极d b电极发生还原反应 答案 b 解析 在原电池中 电解质溶液里的阳离子移向正极 则li 向正极迁移 故a项错误 a是正极 发生得电子的还原反应 2li ns 2e li2sn 故b项正确 若对该电池充电 正极与外加电源的正极相连 即a电极接电源正极 故c项错误 a是正极 b是负极 b电极发生氧化反应 故d项错误 原电池原理的应用 1 加快氧化还原反应的速率一个自发的氧化还原反应 设计成原电池时反应速率增大 如实验室用锌和稀硫酸 或稀盐酸 反应制h2 常用粗锌 原因是粗锌中的杂质和锌 稀硫酸的溶液形成原电池 加快了锌的腐蚀 使产生h2的速率加快 原电池原理的应用 实例 以zn h2so4 znso4 h2 为例 设计原电池的思路如下 原电池设计需考虑的四个问题 1 根据电池反应写出电极反应式 2 电极材料的选择 电池的电极必须导电 一般电池中的负极必须能够与电解质溶液反应 容易失去电子 因此负极一般是活泼的金属材料 正极和负极之间只有产生电势差 电子才能定向移动 所以一般正极和负极不能用同一种材料 两个电极的构成分为以下四种情况 活动性不同的两种金属 例如 铜锌原电池中 锌板作电池的负极 铜板作电池的正极 金属和非金属 例如 锌锰干电池中 锌片作电池的负极 石墨棒作电池的正极 金属和化合物 例如 铅蓄电池中 铅板作电池的负极 二氧化铅作电池的正极 惰性电极 例如 氢氧燃料电池中 两电极均可用pt 3 电解质溶液的选择 电解质溶液是为正极提供放电的物质 因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应 但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行 则负极中的电解质溶液应有与电极材料相同的阳离子 例如 在锌 铜和稀硫酸构成的原电池中 锌极应置于znso4 zncl2