第一节原电池.ppt

1,2020年6月11日星期四,第四章电化学基础,第一节原电池（第一课时）,2,复习回顾,1、原电池是_的装置。原电池反应的本质是_反应。,将化学能转化为电能,氧化还原反应,2、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,Zn2e-=Zn2+,氧化,正,2H+2e-=H2,还原,负,Zn2e-=Zn2+,氧化,正,Cu2+2e-=Cu,还原,构成原电池的条件是什么？,(3),两电极都浸在电解质溶液（酸、碱、盐）中而且要构成闭合回路。,(4)一个自发进行的氧化还原反应,即“两极、一液、一连线”,4,？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？,学生讨论：,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。,一、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？,6,实验三（书71页实验4-1）,实验探索,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。,盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。,7,盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,（2）平衡电荷，使由它连接的两溶液保持电中性。在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。,8,分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？,使原电池中氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同的区域之间实现了电子的定向移动，使原电池能持续、稳定地产生电流。,9,请同学们思考：,上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。,ZnSO4溶液CuSO4溶液,负极（锌片）：Zn2e-=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,电池符号：ZnZnSO4CuSO4Cu负极盐桥正极,一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究,?,10,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液盐桥,失e，沿导线传递，有电流产生,还原反应,Cu2+2e-=Cu,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,Cu2+2e-=Cu,Zn-2e-=Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,(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）,阳离子,原电池原理,外电路,内电路,11,二、由两个半电池组成原电池的工作原理,（1）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。,在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。,（2）探究组成原电池的条件,练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（）A移向Zn极，阴离子移向Cu极B移向Cu极，阴离子移向Zn极C和阴离子都移向Zn极D和阴离子都移向Cu极,B,12,2.一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2+Cu,该反应的的原电池正确组合是（）,C,原电池构成条件,典型例题：,13,（3）原电池的正负极的判断方法,电子流出的极电子流入的极,负极正极,较活泼的电极材料较不活泼的电极材料,质量增加的电极工作后质量减少的电极,负极正极,正极负极,工作后，有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应的极发生还原反应的极,负极正极,14,（4）电解质溶液和电极材料的选择,活泼性不同的两种金属，如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt,（电池的电极必须导电）,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，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。,15,请根据氧化还原反应:Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+设计成原电池。你有哪些可行方案?,CuCu2e-=Cu2+,比Cu不活泼的金属或石墨2Fe3+2e-=2Fe2+,Fe2(SO4)3、FeCl3等,负极：正极：电解质溶液：,练一练,若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。,16,1.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。,三、原电池的主要应用：,5.解释某些化学现象,17,(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：,18,(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：,19,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),原电池原理应用：,(3)比较金属腐蚀的快慢,20,(4)判断溶液pH值变化,例5：,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值变_？（溶液体积变化忽略不计）,解得：,y0.015(mol),x0.015(mol),答：,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,得：,2222.4,xy0.168,解：,2H+2eH2,大,0.015,原电池原理应用：,21,(5)原电池原理的综合应用,例6：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。,铁被氧化,与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化,氯化钠溶于水、形成电解质溶液,原电池原理应用：,22,4、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,(D),A.铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状态C.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,23,拓展练习（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。两极反应式为：正极；负极。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为，总反应方程为。,镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；,Al,Mg2e=Mg2+,Al,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,24,小结,定义:,（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理,原电池,把化学能转化成电能的装置。,2、原电池的工作原理较活泼的金