原電池課件(上課用).ppt.ppt

第四章電化學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié)原電池,1、原電池：（1）定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。,（2）反應(yīng)本質(zhì)：氧化還原反應(yīng),（3）原電池正負(fù)電極的判斷方法,負(fù)極：正極：,電子流出，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),電子流入，發(fā)生得電子的還原反應(yīng),知識回顧,根據(jù)電極材料判斷,負(fù)極:較活潑的金屬正極:較不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體,-,+,-,+,-,+,-,+,根據(jù)電子或電流流動方向判斷（外電路）：,根據(jù)離子的定向移動方向（內(nèi)電路）,陽離子向正極移動,陰離子向負(fù)極移動,根據(jù)電極反應(yīng)判斷,失電子的反應(yīng)氧化反應(yīng)負(fù)極得電子的反應(yīng)還原反應(yīng)正極,根據(jù)現(xiàn)象判斷,電極不斷溶解：負(fù)極,有氣泡冒出、有固體析出：正極,根據(jù)離子方程式判斷,（負(fù)極）,（在正極）,實(shí)驗(yàn)探究,請根據(jù)反應(yīng)：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu分析該反應(yīng)氧化劑、還原劑及電子轉(zhuǎn)移情況和現(xiàn)象及反應(yīng)快慢。,CuSO4,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？兩個(gè)電極上及溶液都有什么現(xiàn)象？換成H2SO4現(xiàn)象又如何？,該裝置是否構(gòu)成原電池？電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？銅電極上有什么現(xiàn)象？,實(shí)驗(yàn)探究1,實(shí)驗(yàn)探究2,指針偏轉(zhuǎn)，鋅片逐漸溶解，銅片質(zhì)量增加，溶液顏色變淺速度較快。,是原電池，指針不偏轉(zhuǎn)，銅極增重。,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,2.原電池的形成條件：（1）活潑性不同的兩個(gè)電極,負(fù)極：較活潑的金屬。（一定嗎？）正極：較不活潑的金屬、石墨等,判斷下列哪些裝置能構(gòu)成原電池。為什么？,(2)電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中；,(3)必須形成閉合回路；,（可以）,（不可以）,（可以）,（不可以）,(4)能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)；,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？指針穩(wěn)定嗎？兩個(gè)電極上都有什么現(xiàn)象？效率高嗎？,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但不穩(wěn)定。放電時(shí)間短效率低，兩個(gè)電極上都有紅色物質(zhì)生成,思考：如何才能得到持續(xù)穩(wěn)定的電流？將鋅片與銅片隔離。,分析：由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，銅在鋅片表面析出，鋅表面也構(gòu)成了原電池，進(jìn)一步加速銅在鋅表面析出，致使向外輸出的電流強(qiáng)度減弱。當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，不再構(gòu)成原電池，也就沒有電流產(chǎn)生。,硫酸鋅溶液,硫酸銅溶液,為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)如下圖（P71圖4-1）所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？,鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液,此裝置優(yōu)點(diǎn)：能穩(wěn)定長時(shí)間放電,工作原理,外電路：Zn失去電子沿導(dǎo)線通過電流表進(jìn)入銅片內(nèi)電路：Zn原子失去電子成為Zn2+進(jìn)入溶液，使ZnSO4溶液因Zn2+增加而帶正電，鹽橋中的Cl會移向ZnSO4溶液；同時(shí)Cu2+獲得電子成為金屬沉淀在銅片上，使CuSO4溶液因SO42相對增加而帶負(fù)電，鹽橋中的K+移向CuSO4溶液，從而形成閉合回路。,組成兩個(gè)半電池左右兩個(gè)燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子。,鹽橋的作用,讓溶液始終保持電中性代替兩溶液直接接觸使兩個(gè)燒杯中的溶液連成一個(gè)通路,鹽橋：飽和KCl溶液(以瓊膠制作成凍膠),氧化反應(yīng),Zn-2e=Zn2+,銅鋅原電池,電解質(zhì)溶液,失e，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生,還原反應(yīng),Cu2+2e-=Cu,陰離子,陽離子,總反應(yīng)：,負(fù)極,正極,Cu2+2e-=Cu,Zn-2e-=Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,(離子方程式）,（化學(xué)方程式）,電極反應(yīng),正極：,負(fù)極：,（氧化反應(yīng)）,（還原反應(yīng)）,陽離子,原電池原理,外電路,內(nèi)電路,2、原電池的工作原理,氧化還原反應(yīng)（本質(zhì)：反應(yīng)物之間有電子轉(zhuǎn)移）,結(jié)論把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同的區(qū)域進(jìn)行，再以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來，就可以獲得電流,二、電極反應(yīng)式的判斷和書寫,（1）.原電池兩極的判斷：若給出裝置則與電解液反應(yīng)的一極為負(fù)極，若給出總反應(yīng)方程式則分析反應(yīng)中有關(guān)物質(zhì)元素化合價(jià)的變化，確定原電池的正極和負(fù)極。（2）書寫電極反應(yīng)時(shí)，要將總化學(xué)反應(yīng)與正、負(fù)極反應(yīng)聯(lián)系在一起考慮，它們具有加和性：化學(xué)反應(yīng)方程式=正極反應(yīng)方程式+負(fù)極反應(yīng)方程式。（3）.在原電池反應(yīng)中，必須遵循得失電子守恒。（4）.介質(zhì)參與電極反應(yīng)的原則：原電池的兩極反應(yīng)若均在一定介質(zhì)中進(jìn)行，介質(zhì)常常參與電極反應(yīng)。在酸性介質(zhì)中，H+可能反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中，OH可能反應(yīng)。,判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。,CuC,FeCl3溶液,負(fù)極：Cu失電子Cu-2e-=Cu2+正極：Fe3+得電子2Fe3+2e-=2Fe2+,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,先寫出總反應(yīng)：即負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng),拆成離子方程式：,Cu+2Fe3=Cu2+2Fe2,根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極,1.簡單原電池電極方程式的寫法,請寫出右邊原電池的電極方程式。,總反應(yīng)方程式：電極與電解液反應(yīng)的方程式,負(fù)極：Al，失e-2Al-6e2Al3+,2Al3+8OH-=2AlO2-+4H2O,負(fù)極總反應(yīng)：2Al+8OH-6e2AlO2-+4H2O,正極：總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng),6H2O6e6OH3H2,拆成離子方程式：,2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2,根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,2.燃料電池電極方程式的寫法總反應(yīng)：實(shí)際上就是燃料的完全燃燒。負(fù)極（通入燃料）：為燃料失去電子的氧化反應(yīng)，正極（通入氧化劑）：為氧化劑得到電子的還原反應(yīng)。以Pt為電極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液的氫氧燃料電池為例,負(fù)極總反應(yīng):2H2-4e-+4OH-4H2O,正極:總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng),總反應(yīng)：2H2+O22H2O,負(fù)極:H2失e,4H+4OH-4H2O,2H2-4e-4H,O2+2H2O+4e-4OH-,三、原電池的設(shè)計(jì),（一）負(fù)極參與的電池：活潑性不同的兩種金屬。如鋅銅原電池，鋅作負(fù)極，銅作正極金屬和非金屬。如鋅錳干電池，鋅作負(fù)極，石墨棒作正極金屬和化合物。如鉛蓄電池，鉛版作負(fù)極，PbO2作正極（二）兩極均不參與電池：惰性電極。如氫氧燃料電池中，兩根電極均可用Pt,（電池的電極必須導(dǎo)電）,電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)燒杯中進(jìn)行，則左右兩個(gè)燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子。,請根據(jù)氧化還原反應(yīng):Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+設(shè)計(jì)成原電池。你有哪些可行方案?,CuCu2e-=Cu2+,比Cu不活潑的金屬或石墨2Fe3+2e-=2Fe2+,Fe2(SO4)3、FeCl3等,負(fù)極：正極：電解質(zhì)溶液：,練一練,若是采用燒杯和鹽橋裝置圖，采用的電解質(zhì)溶液又是什么？試畫出原電池的裝置簡圖。,1.利用原電池原理設(shè)計(jì)新型化學(xué)電池；,2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實(shí)驗(yàn)室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣；,3.進(jìn)行金屬活動性強(qiáng)弱比較；,4.電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護(hù)。如在鐵器表面鍍鋅。,四、原電池的主要應(yīng)用：,5.解釋某些化學(xué)現(xiàn)象,(1)比較金屬活動性強(qiáng)弱。,例1：,下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是,C.將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極；,A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲上有H2氣放出；,B.在氧化還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；,D.同價(jià)態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；,（C）,原電池原理應(yīng)用：,(2)比較反應(yīng)速率,例2：,下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是,粗鋅和1mol/L鹽酸；,B.,A.,純鋅和1mol/L硫酸；,純鋅和18mol/L硫酸；,C.,粗鋅和1mol/L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。,D.,（D）,原電池原理應(yīng)用：,例4：,下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是,(4),(2),(1),(3),(4)判斷溶液pH值變化,例5：,在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4溶液的濃度為0.125mol/L,若工作一段時(shí)間后，從裝置中共收集到0.168L升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為mol,溶液的pH值變_？（溶液體積變化忽略不計(jì)）,0.2,解得：,y0.015(mol),x0.015(mol),3.75104(mol/L),pH-lg3.75104,4-lg3.75,答：,0.015,根據(jù)電極反應(yīng)：,正極：,負(fù)極：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,得：,2222.4,xy0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+2eH2,大,0.015,原電池原理應(yīng)用：,(5)原電池原理的綜合應(yīng)用,例6：市場上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等?！盁岱蟠眴⒂弥坝盟芰洗蛊渑c空氣隔絕，啟用時(shí)，打開塑料