選修四第四章第一節(jié)《原電池》課件

1、第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 原電池電化學(xué)：研究化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn)換的裝置、過(guò)程和效率的科學(xué)。過(guò)程及裝置分按電化學(xué)反應(yīng)2. 借助電流而發(fā)生反應(yīng)及裝置 (如:電解池)1. 產(chǎn)生電流的化學(xué)反應(yīng)及裝置 (如:原電池等)一、原電池的基礎(chǔ)知識(shí)1.定義： 把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡?能的裝置 理解： 外形無(wú)外加電源 自發(fā)的氧化還原反應(yīng)才可能被設(shè)計(jì)成原電池 CuZn 稀硫酸-Zn2+H+H+Zn2e- = Zn2+負(fù)極:正極:2H+2e-=H2總反應(yīng)式:Zn+2H+= Zn2+H2負(fù)正氧化反應(yīng)還原反應(yīng)現(xiàn)象：鋅棒溶解，銅棒上有氣泡A2、原電池工作原理陽(yáng)離子陰離子正極負(fù)極有兩種活潑性不同的金屬（或一種是 非金屬單質(zhì)或金屬

2、氧化物）作電極。電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。兩極相連形成閉合電路。 內(nèi)部條件：能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)外部條件：3、組成原電池的條件 兩極一液成回路，氧化還原是中心練習(xí)：判斷下列裝置哪些屬于原電池H2SO4Zn Zn（1）石墨石墨H2SO4（2）H2SO4Zn 石墨（3）Zn CuH2SO4（4）CuSO4Zn Cu（5）C2H5OHZn Cu（6）Zn CuZnSO4 CuSO4（7）理論上應(yīng)看到只在銅片上有銅析出，實(shí)際上鋅片上也有少量銅析出，這是什么原因?qū)е碌哪兀孔罱K又會(huì)造成什么后果？怎樣避免和克服呢？ACuSO4溶液鋅片 銅片想一想？提出問(wèn)題： 上圖是將鋅片和銅片置于硫酸銅溶液的原電池，如

3、果用它做電源，不但效率低，而且時(shí)間稍長(zhǎng)電流就很快減弱，因此不適合實(shí)際應(yīng)用。這是什么原因造成的呢？有沒(méi)有什么改進(jìn)措施？造成的主要原因：由于鋅片與CuSO4溶液直接接觸，在反應(yīng)一段時(shí)間后，難以避免溶液中有Cu2+在鋅片表面直接被還原，一旦有少量銅在鋅片表面析出，即在負(fù)極（鋅）表面也構(gòu)成了原電池，進(jìn)一步加速銅在負(fù)極表面析出，致使向外輸出的電流減弱。當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，反應(yīng)終止，也就無(wú)電流產(chǎn)生。對(duì)鋅銅原電 池工作原理的進(jìn)一步探究為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象【交流討論】【交流討論】讓鋅片與硫酸銅溶液不直接接觸ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA改進(jìn)如何改進(jìn)原電池裝置？硫酸銅溶液 CuZnA現(xiàn)象：電流計(jì)指

4、針不偏轉(zhuǎn)，且銅片和鋅片上均無(wú)明顯現(xiàn)象（即:無(wú)電子定向移動(dòng)） 硫酸銅溶液 CuZnAZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA【交流 討論】【交流討論】改進(jìn)后的原電池裝置有什么優(yōu)點(diǎn)？【啟示】氧化劑和還原劑不直接接觸也能發(fā)生反應(yīng)改進(jìn)繼續(xù)改進(jìn)原電池裝置？書(shū)71頁(yè)實(shí)驗(yàn)4-1實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：分析：改進(jìn)后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流？鹽橋在此的作用是什么？ 有鹽橋存在時(shí)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過(guò)電路。 取出鹽橋，電流計(jì)指針即回到零點(diǎn)，說(shuō)明沒(méi)有電流通過(guò)。鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液【實(shí)驗(yàn)探索】鹽橋的作用：（1）使整個(gè)裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。 由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-

5、向ZnSO4溶液擴(kuò)散和遷移，陽(yáng)離子K+則向CuSO4溶液擴(kuò)散和遷移，分別中和過(guò)剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用不間斷地進(jìn)行，一直到鋅片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+幾乎完全沉淀下來(lái)。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。（2）平衡電荷。 在整個(gè)裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋，Zn失去電子形成的Zn2+進(jìn)入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時(shí)，CuSO4則由于Cu2+ 變?yōu)镃u ，使得 SO42-相對(duì)較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會(huì)阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。【實(shí)

6、驗(yàn)結(jié)論】 當(dāng)有鹽橋存在時(shí)，在ZnSO4溶液中，Zn片逐漸_,形成_進(jìn)入溶液中，從鋅片上釋放的電子經(jīng)過(guò)_流向_，CuSO4溶液中的Cu2+從_上得到電子還原為金屬銅并沉積在銅片上，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，左邊燒杯中c(Zn2+)_,右邊燒杯中c(Cu2+)_,此時(shí)，鹽橋中的_會(huì)移向ZnSO4溶液， _會(huì)移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持電中性，氧化反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，從而使原電池不斷產(chǎn)生電流。溶解Zn2+導(dǎo)線銅片銅片增大減小Cl-K+4、由兩個(gè)半電池組成原電池的工作原理把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開(kāi)在不同區(qū)域進(jìn)行，再以適當(dāng)方式連接，可以獲得電流。在這類(lèi)電池中，用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極，負(fù)

7、極向外電路提供電子；用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作為正極，正極從外電路得到電子。在原電池的內(nèi)部，兩極浸在電解質(zhì)溶液中，并通過(guò)陰陽(yáng)離子的定向運(yùn)動(dòng)而形成內(nèi)電路。用導(dǎo)線和鹽橋分別將兩個(gè)半電池連接在一起5、設(shè)計(jì)鹽橋原電池的思路：還原劑和氧化產(chǎn)物為負(fù)極的半電池氧化劑和還原產(chǎn)物為正極的半電池Zn+2Ag+=Zn2+2Ag根據(jù)電極反應(yīng)確定合適的電極材料和電解質(zhì)溶液外電路用導(dǎo)線連通，可以接用電器內(nèi)電路是將電極浸入電解質(zhì)溶液中，并通過(guò)鹽橋溝通內(nèi)電路能產(chǎn)生穩(wěn)定、持續(xù)電流的原電池應(yīng)具備什么條件？1.要有導(dǎo)電性不同的兩個(gè)電極2.兩個(gè)半反應(yīng)在不同的區(qū)域進(jìn)行3.用導(dǎo)線和鹽橋分別將兩個(gè)半電池連接在一起小結(jié)6、原電池正負(fù)極判斷由組成原

8、電池的電極材料判斷一般 負(fù)極 的金屬 正極 的金屬或 導(dǎo)體，以及某些金屬氧化物可以理解成： 與電解質(zhì)溶液反應(yīng) 練習(xí)：Mg-Al-H2SO4中 是正極 是負(fù)極 Mg-Al-NaOH 中 是正極 是負(fù)極MgAlAlMg 活潑性強(qiáng)活潑性弱非金屬負(fù)極根據(jù)電子（電流）流動(dòng)的方向判斷 電子由 流出，流入 ； 電流由 流出，流入 。負(fù)極正極正極負(fù)極根據(jù)電極反應(yīng)類(lèi)型判斷 負(fù)極 電子，發(fā)生 反應(yīng) 正極 電子，發(fā)生 反應(yīng) 失得氧化還原根據(jù)電解質(zhì)溶液離子移動(dòng)的方向判斷 陰離子向 極移動(dòng)（負(fù)極帶正電荷） 陽(yáng)離子向 極移動(dòng)（正極帶負(fù)電荷） 負(fù)正根據(jù)電極現(xiàn)象來(lái)判斷 負(fù)極 ； 正極 ；犧牲、溶解增重、氣泡利用反應(yīng)Zn+2F

9、eCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，設(shè)計(jì)出兩種原電池，畫(huà)出原電池的示意圖，并寫(xiě)出電極反應(yīng)方程式。 參考答案 (+)(-) G Zn Pt FeCl3溶液負(fù)極（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（還原反應(yīng)）(+)(-)ZnCl2溶液FeCl3溶液鹽橋 G Zn C 負(fù)極（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（還原反應(yīng)）根據(jù)氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移判斷電極反應(yīng)。根據(jù)電極反應(yīng)確定合適的電極材料和電解質(zhì)溶液7、電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2A

10、g(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：電極X的材料是 ；電解質(zhì)溶液Y是 ；銀電極為電池的 極，發(fā)生的電極反應(yīng)為 ；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為 ；外電路中的電子是從 電極流向 電極。CU銅銀正AgNO3溶液2Ag +2e = 2AgCu - 2e = Cu+-2+1、比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。例1： 下列敘述中，可以說(shuō)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(yáng)離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；（C）當(dāng)兩種金屬構(gòu)成原電池時(shí)，總是活潑的金屬作負(fù)極而被腐蝕，所以先被腐蝕的

11、金屬活潑性較強(qiáng)。二、原電池的主要應(yīng)用： 練習(xí)：把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若 a、b相連時(shí)，a為負(fù)極； c、d相連時(shí)，電流由d到c； a、c相連時(shí)，c極產(chǎn)生大量氣泡， b、d相連時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子向b極移動(dòng)。 則四種金屬的活潑性順序?yàn)椋?。ac d ba bc d a cd b2、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18 mol/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 ）當(dāng)形成原電池之后，反應(yīng)速率加快，如實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí), 純Zn反應(yīng)不如粗

12、Zn跟酸作用的速率快。3、比較金屬腐蝕的快慢在某些特殊的場(chǎng)所, 金屬的電化腐蝕是不可避免的, 如輪船在海中航行時(shí), 為了保護(hù)輪船不被腐蝕，可以在輪船上焊上一些活潑性比鐵更強(qiáng)的金屬如Zn。這樣構(gòu)成的原電池Zn為負(fù)極而Fe為正極，從而防止鐵的腐蝕。例3：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4：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(guò)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：y 0.01

13、5 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg3.75 1044 -lg3.75 答：0.015根據(jù)電極反應(yīng)：正極：負(fù)極：Zn2e-Zn2+2H+2e- H2得：2 2 22.4x y 0.168解：0.20.1252c(H+)余2H+ 2eH2大0.0155、原電池原理的綜合應(yīng)用例5：市場(chǎng)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。 “熱敷袋”啟用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時(shí)，打開(kāi)塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量。使用完后，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在?！盁岱蟠笔抢?放出熱量。炭粉的主要作用是 。加入氯化鈉的主要作用是 。木屑的作用是 。鐵被