高二化學選修4-原電池課件

1、第四章 電化學基礎第一節(jié) 原電池定義定義： 化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置為原電池?；瘜W能轉(zhuǎn)化為電能的裝置為原電池。 從理論上說，任何一個自發(fā)的氧化還原反從理論上說，任何一個自發(fā)的氧化還原反應均可設計成原電池；應均可設計成原電池； 1.能自發(fā)進行氧化還原反應能自發(fā)進行氧化還原反應 2.兩個活潑性不同的導體作電極兩個活潑性不同的導體作電極 3.有電解質(zhì)溶液有電解質(zhì)溶液 4.形成閉合回路形成閉合回路一、一、原電池的構(gòu)成條件原電池的構(gòu)成條件: 練習練習:下列裝置中，能組成原電池的是下列裝置中，能組成原電池的是:( ) 酒精稀H2SO4稀H2SO4(A)(B)(C)(D)(E)(F)D氧化反應氧化反應Zn-2

2、e=Zn2+ 銅鋅原電池銅鋅原電池電解質(zhì)電解質(zhì)溶液溶液失失e，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應還原反應Cu2+2e- =Cu陰離子陰離子陽離子陽離子總反應：總反應：負極負極正極正極 Cu2+2e- =CuZn-2e- =Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(離子方程式）離子方程式）（化學方程式）（化學方程式）電極反應電極反應正極：正極：負極：負極：（氧化反應）（氧化反應）（還原反應）（還原反應）陽離子陽離子外電路外電路內(nèi)電路內(nèi)電路1.電路：電路：外電路外電路內(nèi)電路內(nèi)電路電子流向：失電子的一極向得電子的一極電子流向：失電子的一極向得電子的一

3、極電流方向：與電子流動方向相反電流方向：與電子流動方向相反陰離子移向負極陰離子移向負極陽離子移向正極陽離子移向正極2.電極：電極：正極：電子流入的一極正極：電子流入的一極負極：電子流出的一極負極：電子流出的一極3.電極反應式：電極反應式：正極：正極： Cu2+2e- =Cu負極：負極： Zn2e- Zn2+4.總反應式：總反應式：Zn+Cu2+=Zn2+Cu銅鋅原電池工作原理銅鋅原電池工作原理提出問題：提出問題： 上圖是我們在必修上圖是我們在必修2中學習過的將鋅片和銅片置于硫酸中學習過的將鋅片和銅片置于硫酸銅的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍銅的原電池，如果用它做電源，不但效率低

4、，而且時間稍長電流就很快減弱，因此不適合實際應用長電流就很快減弱，因此不適合實際應用。這是什么原因這是什么原因造成的呢？有沒有什么改進措施？造成的呢？有沒有什么改進措施？1、對鋅銅原電、對鋅銅原電 池工作原理的進一步探究池工作原理的進一步探究為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設計如下圖（書為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設計如下圖（書P71圖圖4-1）所示）所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？ 原因：原因：由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，在反應一段時間后，由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，在反應一段時間后，難以避免溶液中有銅離子在鋅片表面直接還原，一旦有少量的銅難以避免溶液中有

5、銅離子在鋅片表面直接還原，一旦有少量的銅在鋅片表面析出，即在負極（鋅）表面也構(gòu)成了原電池，進一步在鋅片表面析出，即在負極（鋅）表面也構(gòu)成了原電池，進一步加速銅在負極鋅表面析出，致使向外輸出的電流強度減弱。加速銅在負極鋅表面析出，致使向外輸出的電流強度減弱。鹽橋鹽橋中通常裝有含中通常裝有含KCl飽和溶液的瓊脂飽和溶液的瓊脂 K+和和Cl-在鹽橋中能移動在鹽橋中能移動交流研討：交流研討：1、在鹽橋插入之前，電流計指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？、在鹽橋插入之前，電流計指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？2、在鹽橋插入之后，電流計指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？、在鹽橋插入之后，電流計指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？3、左右燒杯中各發(fā)生了什么反應？、左右燒杯

6、中各發(fā)生了什么反應？4、該裝置與普通鋅銅原電池相比，有什么不同的地、該裝置與普通鋅銅原電池相比，有什么不同的地方？方？半電池：包括電極材半電池：包括電極材料和電解質(zhì)溶液，兩料和電解質(zhì)溶液，兩個隔離的半電池通過個隔離的半電池通過鹽橋連接起來。鹽橋連接起來。SO42Zn2+eeSO42Cu2+K+鹽橋工作示意圖鹽橋工作示意圖CuZnK+ClK+ClK+ClK+ClK+ClClK+K+ClK+K+K+ClClK+ClClCl1、連通內(nèi)電路、連通內(nèi)電路2.平衡電平衡電 荷，使溶液荷，使溶液呈電中性呈電中性鹽橋的作用：鹽橋的作用：（1 1）使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。）使整個裝置構(gòu)成通路，代

7、替兩溶液直接接觸。 由于鹽橋（如由于鹽橋（如KClKCl）的存在，其中陰離子）的存在，其中陰離子ClCl- -向向ZnSOZnSO4 4溶液擴散和遷移，陽離子溶液擴散和遷移，陽離子K K+ +則向則向CuSOCuSO4 4溶液擴散和溶液擴散和遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用不間斷地進行，一直到鋅片全部溶解或放電作用不間斷地進行，一直到鋅片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的 CuCu2+2+幾乎完全沉淀下來。幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與若電解質(zhì)溶液與KClKCl溶液反應產(chǎn)生沉淀，可用溶液反應產(chǎn)生沉淀，可用

8、NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作鹽橋。作鹽橋。（2 2）平衡電荷。）平衡電荷。 在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離靠離子遷移完成子遷移完成的。的。取出鹽橋，取出鹽橋，ZnZn失去電子形成的失去電子形成的ZnZn2+2+進入進入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，ZnSOZnSO4 4溶液因溶液因ZnZn2+2+增多而帶正電荷。同時，增多而帶正電荷。同時，CuSOCuSO4 4則由于則由于CuCu2+2+變?yōu)樽優(yōu)镃uCu，使得使得SOSO4 42-2-相對較多而帶負電荷。相對較多而帶負電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止

9、電子從鋅片流向溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。銅片，造成電流中斷。2、原電池的正負極的判斷方法、原電池的正負極的判斷方法 微觀判斷微觀判斷（根據(jù)電子流動方向（根據(jù)電子流動方向）電子流出的極電子流出的極電子流入的極電子流入的極負極負極正極正極較活潑的電極材料較活潑的電極材料較不活潑的電極材料較不活潑的電極材料 質(zhì)量增加的電極質(zhì)量增加的電極工作后工作后 質(zhì)量減少的電極質(zhì)量減少的電極負極負極正極正極正極正極負極負極工作后，有氣泡冒出的電極為正極工作后，有氣泡冒出的電極為正極發(fā)生氧化反應的極發(fā)生氧化反應的極發(fā)生還原反應的極發(fā)生還原反應的極宏觀判斷宏觀判斷：根據(jù)電極

10、材料根據(jù)電極材料根據(jù)原電池電極發(fā)生根據(jù)原電池電極發(fā)生的反應的反應根據(jù)電極增重還是減重根據(jù)電極增重還是減重根據(jù)電極有氣泡冒出：根據(jù)電極有氣泡冒出：負極負極正極正極1. 1.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負極，此金屬是原電池時，鋅為負極，此金屬是( )( )A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.Mg B.Fe C.Al D.Cu2.2.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質(zhì)溶液的質(zhì)溶液的pH( )pH( )A.A.不變不變 B B先變大后變小先變大后變小 C C逐漸變大逐漸變大 D.

11、D.逐漸變小逐漸變小C判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極反應式。反應式。 Cu CCu CFeClFeCl3 3溶液溶液負極：負極： CuCu 失電子失電子 Cu - 2eCu - 2e- - = Cu = Cu2+2+正極：正極： FeFe3+3+得電子得電子 2Fe2Fe3+3+ + 2e + 2e- - = 2Fe = 2Fe2+2+A ACu+2FeClCu+2FeCl3 3 = CuCl = CuCl2 2 +2FeCl+2FeCl2 2先寫出總反應：先寫出總反應：即即 負極與電解質(zhì)溶液反應負極與電解質(zhì)溶液反應拆成離子方程式：拆成離子方程式：Cu

12、 + 2FeCu + 2Fe3 3 = Cu = Cu2 2 + 2Fe + 2Fe2 2根據(jù)化合價升降判斷正負極根據(jù)化合價升降判斷正負極三、電極方程式的書寫三、電極方程式的書寫1.簡單原電池電極方程式的寫法簡單原電池電極方程式的寫法請寫出請寫出右邊原電池的右邊原電池的電極方程式。電極方程式?？偡磻匠淌剑嚎偡磻匠淌剑贺摌O：負極：AlAl，失，失 Al3+ Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成離子方程式：拆成離子方程式：2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2根據(jù)化合價升降判斷正負極根據(jù)化合價升降判斷正負極2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 +

13、3H2請根據(jù)離子反應：請根據(jù)離子反應： Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu設計一個設計一個帶鹽橋的帶鹽橋的原電池原電池四、原電池的設計：四、原電池的設計：CuSO4 溶液溶液AFe優(yōu)點：優(yōu)點：1.有效避免了電極材料與電解質(zhì)溶液的直接反應，有效避免了電極材料與電解質(zhì)溶液的直接反應， 增加了原電池的使用壽命增加了原電池的使用壽命2.離子在鹽橋中作定向移動，減少了離子的混亂，離子在鹽橋中作定向移動，減少了離子的混亂，使離子移動更加有序，電流持續(xù)穩(wěn)定使離子移動更加有序，電流持續(xù)穩(wěn)定 ，提高了原電池的使用效率提高了原電池的使用效率A( (高考真題）依據(jù)氧化還原反應：高考真題）依據(jù)氧化還原反應： 2A

14、g2Ag+ +(aq) + Cu(s) = Cu(aq) + Cu(s) = Cu2+2+(aq) + 2Ag(s)(aq) + 2Ag(s)設計的原電池如圖所示，設計的原電池如圖所示，請回答下列問題：請回答下列問題：（1 1）電極）電極X X的材料是的材料是 ； 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液Y Y是是 ；（2 2）銀電極為電池的）銀電極為電池的 極，極， 發(fā)生的電極反應為發(fā)生的電極反應為 X X電極上發(fā)生的電極反應為電極上發(fā)生的電極反應為 ；（3 3）外電路中的電子是從）外電路中的電子是從 電極電極 流向流向 電極。電極。CuCuAgNOAgNO3 3正正X XAgAgCu 2e- = Cu2+2A

15、g+ + 2e- = 2 Ag練習反饋練習反饋1.1.利用原電池原理設計新型化學電池；利用原電池原理設計新型化學電池；2.2.改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應制取氫氣；酸反應制取氫氣；3.3.進行金屬活動性強弱比較；進行金屬活動性強弱比較；4.4.電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。五、原電池的主要應用：五、原電池的主要應用：5.5.解釋某些化學現(xiàn)象解釋某些化學現(xiàn)象(1)比較金屬活動性強弱。比較金屬活動性強弱。例例1： 下列敘述中，可以說明金屬甲比乙

16、活潑性強的是下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2氣放出氣放出；B.在氧化在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多還原反應中，甲比乙失去的電子多；D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；（C）原電池原理應用：原電池原理應用：(2)比較反應速率比較反應速率例例2 ： 下列制氫氣的反應速率最快的是下列制氫氣的反應速率最快的是粗鋅和粗鋅和 1mol/L 鹽酸；鹽酸；B.A. 純鋅和純鋅和1mol/L 硫酸；硫酸；純鋅和純鋅和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗鋅和粗鋅和1mol/L 硫酸的反應中加入幾滴硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原電池原理應用：原電池原理應用：例例3：下列裝置中四塊相同的下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速片，放置一段時間后腐蝕速率由率由慢慢到到快快的順序是的順序是(2)(1)(3)原電池原理應用：原電池原理應用：(3)比較金屬腐蝕的快慢比較金屬腐蝕的快慢小小 結(jié)結(jié)定義定義:（1）由兩個半電池組成的鋅銅原電池的工作原理）