原电池原理及其应用.ppt

1、原电池化学电源,第六章 化学反应与能量,原电池原理及其应用,1、概念：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,一、原电池,原电池是以氧化还原反应为基础，使氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行，从而产生电流、实现化学能向电能转化的装置。,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,(离子方程式）,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,阳离子,2、原电池

2、原理(以铜锌硫酸铜原电池为例),外电路,内电路,电极反应,例1、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. 铜片上有H2逸出 D. 电流从锌片经导线流向铜片,C,例题2、有关电化学知识的描述正确的是 () A.CaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能 B.某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液 C.原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D.理论上说，

3、任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池,D,3、原电池的形成条件： 两极一液一连线,（1）活动性不同的两个电极。 活动性不同的金属 金属和非金属导体 金属和金属氧化物(铅蓄电池，银锌电池） 特例：燃料电池中两个不活泼的导体石墨或Pt等,（2）电解质溶液(电极材料均插入电解质溶液中)。,（3）形成闭合回路(电极用导线连接或直接接触)。,（4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。,例3、下列哪几个装置能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,M,N,例题4、分析下图所示的四个原电池装置，结论正确的是 (),A.中Mg作负极，中Fe作负极 B.中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2

4、C.中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2 D.中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2,B,解析中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；中电池总反应为2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极反应式为2Al8OH6e=2AlO24H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O6e=6OH3H2，B正确；中Cu是正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，D错。,说明原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。,4、正负极的判断

5、方法,思考：判断原电池的正负极的方法有哪些？,5、对原电池工作原理的进一步探究,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，这种作用会阻碍H+ 在Cu 片上继续得电子，Zn 片上的电子也就不能顺畅地输送到Cu 片上，电流不能畅通，有些H+ 就直接在Zn 片上夺取电子生成H2。,？提出问题： 将锌片和铜片置于稀硫酸构成原电池，如果用它做电源，不但效率低(部分化学能转化为热能)，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？,由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦

6、有少量的铜在锌片表面析出，即在负极(锌)表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池了，也就没有电流再产生。,？如果将稀硫酸换为硫酸铜溶液，情况又会怎样呢？,为了避免发生这种现象，设计如右图所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？,分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？如果取出盐桥有无电流产生？盐桥在此的作用是什么？,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KNO3的饱和溶液中即可。 2)将KCl或KNO3的饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可。,在外电

7、路中连一电流计，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。,盐桥的作用： （1）连接内电路，形成闭合回路。,得出结论,（2）平衡电荷，使原电池不断产生电流。 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。取出盐桥，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。,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

8、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KNO3代替KCl作盐桥。,(1)比较金属活动性强弱,练习1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是：（ ） A.用导线连接插入稀盐酸中，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； C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极； D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强,C,6、原电池原理应用：,(2)加快氧化还原反应速率,练习2 ：下列制氢气的反应速率最快的是： （

9、 ） A.纯锌和1mol/L 硫酸； B.纯锌和18 mol/L 硫酸； C.粗锌和 1mol/L 盐酸； D.粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D,(3)用于金属的防护,练习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),练习4：试根据反应：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)+2Ag设计成原电池，画出装置图，并写出电极反应式。若用到盐桥，则盐桥中电解质可用 。,KNO3溶液,(4)设计制作化学电源,思考题：把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示),(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H