原电池的工作原理 上课

1、,第一节 原电池的工作原理,专题1 化学反应与能量变化,第二单元 化学能与电能的转化,设疑请根据你的经验猜想Zn与CuSO4溶液的反应是吸热反应还是放热反应？并设计实验方案加以证明。,活动与探究一,向盛有30ml 1.0mol/LCuSO4溶液的小烧杯中,加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度计的变化。,现象:,温度迅速上升，有红色物质析出,结论:,Zn(s)+ Cu2+(aq) Zn2+ (aq) + Cu(s) H=-216.81kJ/mol,创设情景,除了可以将该反应放出的能量转化为热能之外，还能否通过该反应将化学能转化为其他能量？通过什么装置？,一、原电池,1、概念：,2、原电

2、池的形成条件：,把化学能转化为电能的装置。,知识回顾,判断下列装置能否构成原电池，思考原电池的构成条件。,练习,2、形成原电池的一般条件,前提条件：有自发的氧化还原反应,（1）有两个电极 一般是活泼性不同的两个电极 (不同的金属或金属和非金属导体）,（2）两个电极必须插入电解质溶液中,（3）两极相连形成闭合回路 （用导线连接或电 极直接接触）,【练习】练习册 p17-1 p19-2,【小组讨论】 根据Zn+Cu2+=Zn2+Cu设计一个铜、锌原电池。 指出所选用的电解质溶液，写出该原电池的两电极反应式、总反应式。画出原电池的构造图。,负极（锌电极）：氧化反应 Zn - 2e- = Zn2+ 正

3、极（铜电极）：还原反应 Cu2+ + 2e- = Cu,电池总反应：Zn+ Cu2+ = Cu+ Zn2+,Cu,Zn,练习：结合原电池的构成条件，判断下列装置能否构成原电池。,CuSO4,ZnSO4,活动与探究二,如教材P13图1-8所示，向盛有30ml1.0mol/LCuSO4溶液和 30ml1.0mol/L的ZnSO4溶液分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液，观察现象。,现象:,电流计指针发生偏转 锌片质量减少 铜片上附着红色固体，质量增加,结论:,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,（以铜锌原电池为例）,3、原电池的工作原理,负极：

4、,电子流出的一极,氧化反应,正极：,电子流入的一极,（铜片：Cu2+2e- = Cu）,还原反应,电池反应式：,Cu2+ Zn= Cu + Zn2+,（1）电极反应：,3、原电池的工作原理,（2）电路：,外电路,内电路,电子流向：负极正极,电流方向：与电子流向相反,阴离子流向负极,阳离子流向正极,盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液的琼脂。,思考： 1、盐桥的作用是什么？,（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 （2）平衡电荷 （保证其连接的两个半电池中的电解质溶液呈电中性）,2、 此电池的优点？,能产生持续、稳定的电流，提高原电池电流效率。,二、原电池的设计 例：利用Fe + Cu2

5、+=Fe2+ +Cu设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。,设计原电池的思路：,1、前提：是氧化还原反应,2、把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应,负极（氧化反应）：Fe - 2e- =Fe2+,正极 （还原反应）：Cu22e- = Cu,3、以两极反应为原理，确定材料及电解质溶液,负极材料：Fe 正极材料：Cu或石墨或铂或比Cu不活泼的其他金属 电解质溶液：CuSO4溶液,4、画出示意图,Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu,二、原电池的设计 例：利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。,负极：Fe 2e- =

6、Fe2+,正极：Cu2+ +2e- =Cu,Cu,Fe,CuSO4,FeSO4,练习： 利用2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。,设计原电池的思路：,1、前提：是氧化还原反应,2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2,2、把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应,负极（氧化反应）：Cu - 2e- =Cu2+,正极 （还原反应）：2Fe32e- =2Fe2+,3、以两级反应为原理，确定材料及电解质溶液,负极材料：Cu 正极材料：石墨或铂或比Cu不活泼的其他金属 电解质溶液：FeCl3溶液,4、画出示意图,2Fe3

7、+ +Cu = 2Fe2+ + Cu2+,练习： 利用2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。,正极：2Fe32e- =2Fe2+,负极：Cu-2e- =Cu2+,Cu,C,CuSO4,FeCl3,小 结,原电池工作原理 根据氧化还原反应设计原电池,电解质溶液,阳离子,氧化反应负极 正极还原反应,电子沿导线传递，产生电流,阴离子,-,(-)：Zn 2e- = Zn2+,(+)：2H+ +2e- = H2,电池反应： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2,3、把右图设计成有盐桥的原电池装置，并写出电极反应式及电池反应方程式,三、原电池的正负极的判断方法,电

8、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,4.利用原电池原理设计化学电池,制造电源,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；,1.进行金属活动性强弱比较；,3.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。,四、原电池的主要应用：,五、原电池电极反应式的书写,1、负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。 （判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来

9、判断，要看反应的具体情况） 2、电极产物在电解质环境中应能稳定存在，如：碱性介质中生成的H+应该让其结合OH-生成水。电极反应时要遵守电荷守恒和质量守恒、电子得失守恒等加以配平。 3、将两极电极反应式相加即得原电池的总反应式 4、复杂电极反应式= 总反应式 较简单一极的电极反应式,1.如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（ ）,A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4 B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸 C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液 D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液,D,负极：2 Al+ 8OH6e- =2Al

10、 O2 +4H2O 正极：6H2O + 6 e- =3 H2+ 6OH 总：2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2 ,稀 硫 酸,负极： Mg 2e- = Mg2+ 正极： 2H+ + 2e- = H2 总：Mg +2H+ = Mg 2+ + H2 ,不同的介质 不同的电极反应,负极： Fe 2e- = Fe2+ 正极： 2H+ + 2e- = H2 总：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ,负极： 2Fe 4e- = 2Fe2+ 正极： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH- 总：2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2,不同的介质 不同的电极反应,

11、负极： Cu 2e- = Cu 2+ 正极： 4H+ +2NO3 + 2 e- = 2NO2 + 2H2O 总：Cu + 4H+ +2NO3= 2NO2 + Cu 2+ + 2H2O,稀H2SO4,负极：2 Al 6e- =2Al 3+ 正极： 6H+ + 6e- =3 H2 总：2Al + 6H+ = 2Al 3+ + 3H2 ,练习：1、下列关于下图所示原电池的说法正确的是 A 铝片为正极 B 正极上有H2产生 C Al是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出 D 当转移0.04 mol e- 时，产生 0.01 mol O2,Cu,B、C,练习2. X、Y、Z、W四种金属片进入

12、稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示: 则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为 _,ZYXW,(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18 mol/L 硫酸；,C.,粗锌和1mol/L 硫酸

13、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),(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气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的pH值变_(填“变大”、“变小”、“不变”)？（溶液体积变化忽略不计）,变大,0.015,原电池原理应用：,(5)原电池原理的综合应用,例6：市场上出售的“热敷