选修四-原电池原理-(带详细动态图)

第四章

电化学基础第一节原电池（第一课时）*电化学：研究化学能与电能相互转化的装置、过程和效率的科学。知识回顾*电化学反应过程：1、产生电流的反应（是自发的，向外出送能量）---原电池2、借助电流而发生的反应（由外界输入的能量推动）---电解池*原电池：将化学能转化为电能的装置。原电池知识引入教学目标*知识与技能：1.让学生体验化学能与电能相互转化的探究过程；2.使学生进一步了解原电池的工作原理；3.能够判断电极,并书写出电极反应方程式；*过程与方法：实验引导学生以问题为中心的学习方法，学会发现问题、解决问题的方法；*情感态度与价值观：通过一些实验和科学探究过程，使学生增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。重点：熟练判断电极,并书写出电极反应方程式难点：原电池的工作原理和盐桥的作用自主预习1、原电池的概念?2、原电池的实质?3、以(单液)铜锌原电池为例,思考原电池的反应原理?及存在的不足？4、什么是半电池形式(双液)的原电池？5、盐桥的构成？作用？CuZn

稀硫酸CuZn

稀硫酸锌片上有气泡产生铜片上有气泡产生实验现象：原理:Zn+2H+=Zn2++H2↑2e-？电子沿导线传递，产生电流CuZn-Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+----------Zn2+H+SO42-静电作用H2H2H2ZnZn－2e－=Zn2+氧化反应负极电极自身失去电子较活泼金属2H++2e－=H2↑还原反应正极溶液中阳离子得到电子不活泼金属或石墨外电路电子阳离子阴离子现象再分析H2SO4

溶液AZnCu思考并讨论1.不使用时，该原电池能否长期保存？2.此原电池能不能获得长时间稳定的电流？3.锌棒上是不是完全无氢气产生？怎么避免这一现象的发生？CuZnZnSO4溶液H2SO4溶液Zn2+SO42-A1.烧杯中加什么溶液？实验设计不与锌反应的溶液，一般加金属对应的可溶盐溶液。SO42-

Zn2+2.安培表指针会偏转吗？为什么？3.怎样构成闭合回路？盐桥：通常用U形管装含琼胶的饱和KCl溶液（使K+和Cl-在盐桥中能移动）4.两种相比，有何不同？现在呢？半电池：包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。

SO42－Zn2+e－e－SO42－H+K+盐桥工作示意图H2ZnK+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－Cl－K+K+Cl－K+K+K+Cl－Cl－K+Cl－Cl－Cl－1、形成闭合电路。2、向正极区提供阳离子，负极区提供阴离子，以保持溶液的电中性。H2H2H2H2SO4溶液ZnSO4溶液优点：1.有效避免了电极材料与电解质溶液的直接反应，增加了原电池的使用寿命。2.离子在盐桥中作定向移动，减少了离子的混乱，使离子移动更加有序，电流持续稳定，提高了原电池的使用效率。锌半电池铜半电池电极反应：负极：正极：总反应：

2H++2e-=H2↑Zn－2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2++H2↑（双液）锌铜原电池ZnSO4溶液CuZnH2SO4溶液盐桥问题解决原电池由两个半电池组成。在铜锌原电池中，锌与锌盐溶液组成锌半电池，铜与硫酸溶液组成铜半电池，中间由盐桥连接起来。1．工作原理示意图要点难点电解质溶液（盐桥）总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑(离子方程式)Zn+H2SO4

=ZnSO4

+H2↑(化学方程式)2．原电池电极的判断还原反应，化合价降低氧化反应，化合价升高正极负极判断离子流向阴离子流向阳离子流向多为不活泼金属或非金属多为活泼金属

判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。CuCFeCl3溶液负极：Cu失e-

Cu-2e-=Cu2+正极：Fe3+得e-

2Fe3++2e-=2Fe2+A

Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl21、先写出总反应：2、拆成离子方程式：Cu+2Fe3＋=Cu2＋+2Fe2＋3、根据化合价升降判断正负极即负极与电解质溶液反应较活泼电极自身电解质溶液中的离子3．电极方程式的书写判断正误(正确打“√”号，错误打“×”号)。(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。

(2)原电池正极发生氧化反应，负极发生还原反应。(3)不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池装置可以实现。(4)碳棒不能用来作原电池的电极。

(5)反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋能以原电池的形式来实现。

练习反馈√×√××1.某金属自身能跟稀盐酸作用发出氢气，但该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是A.MgB.FeC.AlD.CuB2.由双液铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，铜半电池电解质溶液的pH锌半电池电解质溶液的pHA.不变B.先变大后变小C.逐渐变大D.逐渐变小C练习反馈A3.用铜片、锌片、Cu(NO3)2溶液、Zn(NO3)2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①在外电路中，电流由锌电极流向铜电极

②正极反应为：Cu2++2e－

=Cu

③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作

④将锌片浸入Cu(NO3)2溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

A．①②

B．②③

C．②④

D．③④C练习反馈(2014海南高考）依据氧化还原反应：

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。CuAgNO3正XAgCu–2e-=Cu2+2Ag++2e-=2Ag链接高考知识小结原电池一、原电池的概念二、原电池的本质三、（单液）铜锌原电池的原理四、（双液）铜锌原电池1、盐桥（a、构成；b、作用；c、优点）2、总方程式及正负极方程式五、正负极各自的特点及判定（含五点）六、电极方程式的书写（含三步）（氧化还原反应）课后作业与探究1、课本上第73页

第1、2、5、6题2、学习指导第71页

第一节原电池思考与探究：Al-Mg-HCl原电池和Al-Mg-NaOH原电池的正负极一样吗？各自的电极反应式又是什么呢？附录资料：不需要的可以自行删除2023/3/22甲醇合成工艺介绍一、课题的研究背景和意义甲醇是一种具有多种用途的基本有机化工产品，除了在化工方面的多种应用外，它还可以作为清洁燃料在汽车中代替汽油或与汽油掺混使用，以甲醇为燃料的燃料电池也即将投入商业运行。另外，甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料也得到了初步利用。另一方面，用甲醇制取微生物蛋白(SCP)作为饲料乃至食品添加剂有着巨大的市场潜力。二、甲醇的合成方法及流程

（1）木材干馏法

在1924年以前，甲醇几乎全部是用木材分解干馏来生产的。甲醇的世界产量当时只有4500t。用60－100kg木材干馏只能获得约1kg的甲醇，1m3白桦木只能制得5－6kg的甲醇，而1m3的针叶树木只能得到2－3kg的甲醇。这种“森林化学”的甲醇含有丙酮和其他杂质，要从甲醇中除去这些杂质比较困难。由于甲醇的需要量与日俱增，木材干馏法不能满足需要。因此人们开始采用化学合成的方法生产甲醇。（2）气相合成甲醇法气相合成甲醇的主要反应式为：CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol①当有CO2存在时，CO2按下列反应生成甲醇：CO2+H2＝CO+H2O(g) △H=+41.3kJ/mol ②CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol ③上述②、③两步的总反应式为：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol副反应产物：成烃、高碳醇、醚、醛、酸、酯及单质碳等；反应特点：强放热反应；

以甲烷或者一氧化碳与氢气的混合气为原料气合成甲醇的方法有高压、中压和低压三种方法。高压法：即用二氧化碳与氢在高温（340－420℃）高压（30.0－50.0MPa）下用锌-铬氧化物催化剂合成甲醇。用此法生产甲醇已有七十多年的历史，这是八十年代以前世界各国生产甲醇的主要方法。高压法合成甲醇由于操作压力高，动力消耗大，设备复杂，产品质量差等缺点正在逐渐淘汰。2023/3/22高压法(25MPa~32MPa）甲醇合成工艺流程低压法：

即用一氧化碳与氢气为原料在低压（5.0MPa）和275℃左右的温度下，采用铜基催化剂（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。低压法成功的关键是采用了铜基催化剂，它的活性和选择性比锌-铬催化剂活性好得多，使甲醇合成反应能在较低的压力和温度下进行。因此，消耗在副反应中原料气和粗甲醇中的杂质都比较少。低压法合成工艺主要有英国帝国化学公司（ICI）和德国鲁奇（Lurqi）的工艺

2023/3/22ICI法低压甲醇合成工艺流程

工艺流程特点：相对低的温度和压力下操作，节省能耗，同时抑制甲烷化反应及其他副反应；采用多段冷激式合成塔，结构简单，催化剂装卸方便，使用寿命长。2023/3/22第二章液体燃料及其添加剂30ICI多段冷激型甲醇合成反应器ICI多段冷激塔结构特点：反应床层由若干绝热段组成，两段之间通入冷的原料气，使反应气体冷却，以使各段的温度维持在一定值；塔体是空筒，塔内无催化剂筐，催化剂不分层，由惰性材料支撑，冷激气体喷管直接插入床层，并有特殊设计的菱形冷却气体分布器；优点：单塔操作能力大，控温方便，冷激采用菱形分布器专利技术，催化剂层上下贯通，装卸方便，易于放大，目前普通塔的容量为2300t/d，高空隙率塔的容量达7600t/d；缺点：催化剂床层温差较大（轴向：～70℃，径向：～23℃）、有部分气体与未反应气体之间的返混、催化剂时空产率不高，用量较大、单程转化率较低（仅为15%～20%）。ICI多段冷激型甲醇合成反应器2023/3/22Lurgi法低压甲醇合成工艺流程

2023/3/22第二章液体燃料及其添加剂32Lurgi管壳型甲醇合成反应器结构特点：形似列管式换热器，在塔内，列管中装填催化剂，管间为沸腾水；原料气与出塔气换热至230℃左右进入合成塔，反应放出的热经管壁传给管间的沸腾水，产生4MPa左右的饱和蒸汽，用来驱动透平压缩机。合成塔全系统的温度条件用蒸汽压来控制，从而保证催化剂床层大致为等温。优点：催化剂床层温差较小、单程转化率较高（可达50%）、催化剂使用寿命较长（4年～5年）、热能利用合理、设备紧凑，开停车方便，合成反应过程中副反应少，甲醇质量高。缺点：结构复杂、制作较困难、材料要求高、放大较困难。经典管壳塔的最大生产能力（经济型塔）为1500t/d。全世界现有Lurgi装置37套，甲醇总生产能力达1600万t/a以上。中压法：

中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相当庞大，不利于甲醇生产的大型化。因此发展了压力为10MPa左右的甲醇中压合成法。它能更有效的降低建厂费用和甲醇生产成本。中压法的操作压力范围为一般为10~27MPa，温度为235~315℃。该法的关键在于使用了一种新型铜基催化剂（Cu-Zn-Al），综合利用指标要比低压法更好。中压法合成甲醇工艺流程

以上三种方法的流程基本相同。但所使用的催化剂不同，因而操作压力和操作温度等级不同，反应器的结构也就有所不同。从合成反应理论上讲，提高压力对合成反应有利，但在高活性铜基催化剂研制成功后，降低合成压力就有了可能。在较低压