高中化学人教版选修4课件4.1原电池.pptx

1、第四章电化学基础,第一节原电池,阅读思考,自主检测,任务一、认真阅读教材第71页的内容,思考回答下列问题,自主学习电流的获得。 1.将锌片放入CuSO4溶液中,可看到铜被置换出来,为什么反应时会放出热量,但没有电流产生? 提示在此反应中,Zn原子把电子直接给了在溶液中与之接触的Cu2+,被氧化成Zn2+,进入溶液;而Cu2+在锌片上直接得到电子,被还原成Cu(相当于短路,所以反应时,有热量放出来),得不到电流。,阅读思考,自主检测,2.为什么锌片与CuSO4溶液在下图所示装置中反应,就有电流产生? 锌铜原电池装置,阅读思考,自主检测,任务二、认真阅读教材第71页到第72页的内容,思考回答下列问

2、题,自主学习原电池原理。 1.实验4-1的实验目的是什么?实验过程中,需要哪些仪器和药品? 提示实验目的为探究原电池工作原理;需要的实验用品有烧杯(2个)、电流计、导线、盐桥、锌片、铜片、ZnSO4溶液、CuSO4溶液。 2.什么是盐桥?盐桥的作用是什么? 提示装有含琼脂的KCl溶液的玻璃弯管;其作用是连接两种溶液,形成通路。,阅读思考,自主检测,1.关于Cu-Zn-稀硫酸原电池中,下列说法在理论上正确的是() A.Cu为正极,有气泡产生,发生氧化反应 B.Zn为正极,有气泡产生,发生还原反应 C.Cu为负极,无气泡产生,发生还原反应 D.Zn为负极,无气泡产生,发生氧化反应 答案:D 2.如

3、图所示的装置能构成原电池产生电流的是() 答案:B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,探究问题 实验目的:研究原电池的工作原理。 实验装置: 实验现象:有盐桥存在时,锌片不断溶解,电流计指针发生偏转,铜片不断增厚;取出盐桥后,电流中断,指针迅速回零。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,1.有盐桥时,电流计指针发生偏转,说明有电流产生,该电流是如何产生的?产生电流的过程中,锌片、铜片上分别发生了什么变化?如何用电极反应式表示这一变化?从氧化还原反应的角度分析,各发生了氧化反应还是还原反应?,提示当有盐桥存在时,在ZnSO4溶液中,锌片逐渐溶解,即Zn被氧化,Zn失去电子,形成Zn2+进入

4、溶液,用电极反应式表示为Zn-2e- Zn2+;从锌片上释放出的电子,经过导线流向铜片;CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到电子,被还原为Cu并沉积在铜片上,用电极反应式表示为Cu2+2e- Cu;随着反应的进行,左边烧杯的溶液中c(Zn2+)增大,右边烧杯的溶液中c(Cu2+)减小。同时,盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液,K+会移向CuSO4溶液,使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使原电池不断地产生电流。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2.取出盐桥后,电路为什么会中断? 提示取出盐桥后,由于Zn失去电子成为Zn2+进入溶液,使ZnSO4溶

5、液因Zn2+增加而带正电;同时Cu2+获得电子成为金属铜沉积在铜片上,使CuSO4溶液因 相对增加而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断,构不成原电池。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,知识点拨 1.原电池 (1)定义:将化学能转化为电能的装置。 (2)实质:利用能自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。 2.原电池工作原理(以铜锌原电池为例),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,3.原电池形成的条件 (1)两个活动性不同的电极:活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作正极; (2)电解质溶液; (3)形成

6、闭合回路。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,4.两种原电池的比较 甲装置所示原电池俗称单液原电池,锌片、铜片用导线相连后,都插入到稀硫酸中,所以,锌片上失去的电子一部分通过导线流向铜片,形成电流,还有一部分,直接传递给溶液中碰撞到锌片上的氢离子,这一部分电子不形成电流,这种原电池供电效率不高,且电流在较短时间内就会衰减。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,乙装置所示原电池俗称双液原电池,锌片、铜片用导线相连后,锌片插入ZnSO4溶液中,铜片插入稀硫酸中,这样就避免了锌片与稀硫酸的直接接触而发生反应造成的电能损失,锌失去的电子全部通过导线流向铜片,这种原电池供电效率高,且能提供较稳定的

7、电流。 特别说明:盐桥的作用 盐桥中通常装含有琼脂的KCl饱和溶液。当盐桥存在时,使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行,盐桥中的Cl-向硫酸锌溶液方向移动,K+向稀硫酸方向移动,使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使电子不断从锌极流向铜极,能持续、稳定地产生电流。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向一原电池正负极判断及电极反应式的书写 【例题1】 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,发生的电极反应式为

8、;X电极上发生的电极反应式为。 (3)外电路中的电子是从极流向极。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨 判断原电池正、负极的方法:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验1锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是() A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c( )减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案:C,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向二原

9、电池的设计 【例题2】 某原电池总反应的离子方程式为2Fe3+Fe 3Fe2+,能实现该反应的原电池是() A.正极为Cu,负极为C,电解质为FeCl3溶液 B.正极为C,负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液 C.正极为Fe,负极为Zn,电解质为Fe2(SO4)3溶液 D.正极为Ag,负极为Fe,电解质为CuSO4溶液,解析:将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应(电极反应式),即为负极 ,然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此,本题负极必是Fe,正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体,电解质溶液为含Fe3+的盐溶液,所以B项正确。 答案:B,重点难点探究,重要考

10、向探究,随堂检测,规律方法点拨 (1)设计原电池原理: 原电池是一种将化学能转化为电能的装置,因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池。在电池中,通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动,将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行,使其成为两个“半反应”。 (2)设计原电池思路: 电极材料的选择。负极一般是活动性强的金属材料,正极一般选用活动性比负极弱的金属材料或石墨等惰性电极。 电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。 保证设计出的原电池装置中,还原剂在负极上发生反应,氧化剂在正极上发生反应。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验2利用反应Zn+2FeCl3ZnC

11、l2+2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方格内画出实验装置图,并注明电极材料,写出电极反应式。 正极材料为,电极反应式为; 负极材料为,电极反应式为。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,1.下列关于原电池的叙述中正确的是() A.原电池能将化学能转变为电能 B.原电池负极发生的电极反应是还原反应 C.原电池在工作时其正极不断产生电子,并经外电路流向负极 D.原电池的电极只能由两种不同的金属构成 解析:原电池就是能将化学能转变为电能的装置,A正确;原电池负极失电子,发生的电极反应是氧化反应,B错误;原电池在工作时其负极不断产生电子,并经外电路

12、流向正极,C错误;原电池的电极一般由活动性不同的电极材料构成,实际上金属与金属或金属与非金属导体均可,D错误。 答案:A,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2.下列关于实验现象的描述不正确的是() A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡 B.把镁条和铝条紧靠在一起浸入氢氧化钠溶液中,镁条表面出现气泡 C.把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁 D.把锌粒放入盛有稀盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快 解析:选项A形成原电池,铜片作正极,表面出现氢气泡;选项B也形成原电池,但在强碱性溶液中,铝可以反应,镁不能,铝失去电子作负极,镁作正极,表面出现氢气泡

13、;C选项铜片把三价铁离子还原为亚铁离子,不能置换出金属铁;D选项锌能置换出铜,锌铜形成无数微小原电池,加快气泡放出速率。 答案:C,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,3.下列装置可以形成原电池的是() 解析:选项B中两电极材料相同;选项C中乙醇为非电解质;选项D中没有构成闭合回路。只有选项A符合原电池的构成条件。 答案:A,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,4.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KCl饱和溶液的U形管)构成一个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是() 在外电路中,电子由铜电极流向银电极 实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工

14、作 将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A.B. C.D.,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案:B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,5.由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如右图所示。 (1)原电池的负极反应式为, 正极反应式为。 (2)电流的方向是。 (3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L (标准状况)气体时,右侧烧杯中的H2SO4 恰好消耗一半。则产生这些气体的同时, 共消耗g锌,有个电子通过了导线,原稀硫酸中c(H2SO4)=(设溶液体积不变)。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析:产生0.075 mol H2,通过0.075 mol2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)=0.075 mol65 gmol-1=4.875 g,N(e-)=0.15 mol6.021023 mol-1=9.031022,c(H2SO4)=,(2)由Cu极流向Zn极 (3