化學(xué)：4.1《原電池》(備課組)課件(人教版選修4)

1、第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 原電池1 1、電化學(xué)：、電化學(xué)：2 2、從反應(yīng)產(chǎn)物與電流的關(guān)系分類：、從反應(yīng)產(chǎn)物與電流的關(guān)系分類：閱讀教材閱讀教材P70 P70 回答回答研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置、研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置、過程和效率的科學(xué)過程和效率的科學(xué)產(chǎn)生電流的反應(yīng)產(chǎn)生電流的反應(yīng)原電池原電池借助電流而發(fā)生的反應(yīng)借助電流而發(fā)生的反應(yīng)電解池電解池氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)Zn-2e=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(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)還原反應(yīng)Cu2+2e- =Cu陰離子陰離子陽離子陽離子總反應(yīng)：總反應(yīng)：負(fù)極負(fù)極正極正極 Cu2+2e- =C

2、uZn-2e- =Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(離子方程式）離子方程式）（化學(xué)方程式）（化學(xué)方程式）電極反應(yīng)電極反應(yīng)正極：正極：負(fù)極：負(fù)極：（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）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流動方向與電子流動方向一致陰離子流動方向與電子流動方向一致陽離子流動方向與電流方向一致陽離子流動方向與電流方向一致2.電極：電極：正極：電子流入的一極正極：電子

3、流入的一極負(fù)極：電子流出的一極負(fù)極：電子流出的一極3.電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式：正極：正極： 2H+ 2e- H2負(fù)極：負(fù)極： Zn2e- Zn2+4.總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：Zn+ 2H+ Zn2+ + H2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(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片置于稀硫酸中學(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片置于稀硫酸的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍長的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍長電流就很快減弱，因此不適合實際應(yīng)用電流就很快減弱，因此不適合實際應(yīng)用。這是什么原因造這是什么原因造成的呢？有沒有什么改進措施？成的呢？有沒有什么改進措施？造成的主要原因造成的主

4、要原因：由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣：由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內(nèi)泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內(nèi)阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。一、對鋅銅原電一、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(shè)計如下圖（書為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)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？硫酸銅硫酸銅此電池的優(yōu)點：此電池的優(yōu)點： 能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。定的電流。鹽橋制

5、法：鹽橋制法：1)將熱的瓊膠溶液倒入將熱的瓊膠溶液倒入U形管中形管中(注意不要注意不要產(chǎn)生裂隙產(chǎn)生裂隙)，將冷卻后的，將冷卻后的U形管浸泡在形管浸泡在KCl或或NH4NO3的的飽和溶液中即可。飽和溶液中即可。2)將將KCl或或NH4NO3的飽和溶液裝入的飽和溶液裝入U形管，用棉花都住管口即可。形管，用棉花都住管口即可。實驗三（書實驗三（書71頁實驗頁實驗4-1）實驗探索實驗探索實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：分析分析：改進后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流？：改進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？鹽橋在此的作用是什么？參考教材參考教材72頁頁 第三段第三段 有鹽橋存在時電流

6、計指針有鹽橋存在時電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路。發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路。 取出鹽橋，電流計指針即取出鹽橋，電流計指針即回到零點，說明沒有電流通過?；氐搅泓c，說明沒有電流通過。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，

7、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(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用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

8、 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(fù)電荷。相對較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止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。請同學(xué)們思考請同學(xué)們思考： 上述原電池裝置是將什么反應(yīng)上述原電池裝置是將什么反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的？指出電的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的？指出電池的正負(fù)極，并分別寫出其中負(fù)池的正負(fù)極，并分別寫出其中負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式

9、以及該電極和正極的電極反應(yīng)式以及該電池的總反應(yīng)方程式。池的總反應(yīng)方程式。ZnSOZnSO4 4溶液溶液 CuSOCuSO4 4溶溶液液負(fù)極（鋅片）：負(fù)極（鋅片）： ZnZn2e2e- - =Zn =Zn2+ 2+ （氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)）正極（銅片）：正極（銅片）： CuCu2+ 2+ +2e+2e- -=Cu =Cu （還原反應(yīng)還原反應(yīng)）電池反應(yīng)電池反應(yīng)（總化學(xué)方程式總化學(xué)方程式）：Zn + CuZn + Cu2+2+ = Zn = Zn 2+ 2+ + Cu + Cu 電池符號電池符號： Zn Zn ZnSOZnSO4 4 CuSOCuSO4 4 Cu Cu 負(fù)極負(fù)極 鹽橋鹽橋 正極正極一、對

10、鋅銅原電一、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由兩個半電池組成原電池的工作原理由兩個半電池組成原電池的工作原理（1 1）把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進行，再以）把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進行，再以適當(dāng)方式連接，可以獲得電流。適當(dāng)方式連接，可以獲得電流。在這類電池中，用還原性較強的物質(zhì)作為負(fù)極，負(fù)極向外電路提供電子；用氧化性較強的物質(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，并通過陰陽通過陰陽離子的定向運動而形成內(nèi)電路離子的定向運動而形成內(nèi)電路。練習(xí)：鋅銅原電池產(chǎn)生電流時，陽離子（練習(xí)：鋅銅原電池產(chǎn)生電流時，陽離子（ ）A 移向移向

11、Zn 極，陰離子移向極，陰離子移向Cu 極極B 移向移向Cu 極，陰離子移向極，陰離子移向Zn 極極C 和陰離子都移向和陰離子都移向Zn極極D 和陰離子都移向和陰離子都移向Cu 極極B二、實驗探究形成原電池的條件二、實驗探究形成原電池的條件（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成條件一：形成條件一：活潑性不同的兩個電極活潑性不同的兩個電極負(fù)極：較活潑的金屬負(fù)極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等正極：較不活潑的金屬、石墨等（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成條件二：電極需插進電解質(zhì)溶液中；形成條件二：電極需插進電解質(zhì)溶液中；形成條件三：必須形成閉合回路

12、形成條件三：必須形成閉合回路（不可以）（不可以）可以可以（2 2）組成原電池的條件組成原電池的條件 （1）有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬單質(zhì)）有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物）作電極?；蚪饘傺趸铮┳麟姌O。 （2）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。 （3）兩極相連形成閉合電路。）兩極相連形成閉合電路。 （4）內(nèi)部條件：能自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)。）內(nèi)部條件：能自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)。三、原電池的正負(fù)極的判斷方法三、原電池的正負(fù)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(fù)極負(fù)

13、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(fù)極負(fù)極正極正極正極正極負(fù)極負(fù)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(yīng)的極發(fā)生氧化反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極宏觀判斷宏觀判斷：根據(jù)電極材料根據(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(yīng)的反應(yīng)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(fù)極負(fù)極正極正極一、由兩個半電池組成的原電池的工作原理一、由兩個半電池組成的原電池的工作原理三、電極方程式的書寫三、電極方程

14、式的書寫二、形成原電池的條件二、形成原電池的條件四、原電池的設(shè)計四、原電池的設(shè)計五、原電池的主要應(yīng)用五、原電池的主要應(yīng)用判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫出電極判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。反應(yīng)式。 Cu CCu CFeClFeCl3 3溶液溶液負(fù)極：負(fù)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(yīng)：

15、先寫出總反應(yīng)：即即 負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)拆成離子方程式：拆成離子方程式：Cu + 2FeCu + 2Fe3 3 = Cu= Cu2 2 + 2Fe+ 2Fe2 2根據(jù)化合價升降判斷正負(fù)極根據(jù)化合價升降判斷正負(fù)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電極方程式。方程式。總反應(yīng)方程式：總反應(yīng)方程式：負(fù)極：負(fù)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

16、正負(fù)極根據(jù)化合價升降判斷正負(fù)極2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H22.燃料電池電極方程式的寫法 總反應(yīng)： 實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)。負(fù)極總反應(yīng)負(fù)極總反應(yīng): 2H: 2H2 2 - 4e- 4e- - + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O正極正極: : 總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng) 總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2H2 2+ O+ O2 22H2H2 2O O負(fù)極負(fù)極: H: H2 2 失失e e4H4H+ + + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O

17、2H2H2 2 - 4e- 4e- - 4 H4 HO O2 2 + 2H+ 2H2 2O + 4eO + 4e- - 4OH4OH- -3.復(fù)雜原電池電極方程式的書寫 方法點撥：寫電極方程式的時候，要根據(jù)“得電子顯負(fù)電；失電子顯正電”的原則，利用“電荷守恒”，通過巧用H、OH和水寫出電極方程式PbPbO22H2SO42PbSO42H2O練習(xí)：寫出鉛酸蓄電池的電極反應(yīng)：練習(xí)：寫出鉛酸蓄電池的電極反應(yīng)：SO42 2PbSO4PbO2 得電子得電子2 2PbO2SO42 PbSO4 Zn 2e ZnO 負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：四、原電池的設(shè)計四、原電池的設(shè)計活潑性不同活潑性不同 的兩種金屬。的兩種

18、金屬。如鋅銅原電池，鋅作負(fù)極，銅作正極如鋅銅原電池，鋅作負(fù)極，銅作正極金屬和非金屬。金屬和非金屬。如鋅錳干電池，鋅作負(fù)極，石墨棒作正極如鋅錳干電池，鋅作負(fù)極，石墨棒作正極金屬和化合物。金屬和化合物。如鉛蓄電池，鉛版作負(fù)極，如鉛蓄電池，鉛版作負(fù)極，PbO2作正極作正極惰性電極。惰性電極。如氫氧燃料電池中，兩根電極均可用如氫氧燃料電池中，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)。但若是兩個半反應(yīng)電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個半反應(yīng)分別在兩個燒杯中進行，則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與分別在兩個燒杯中進行，則左右兩個燒杯中的電

19、解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子電極材料具有相同的陽離子。請根據(jù)氧化還原反應(yīng)請根據(jù)氧化還原反應(yīng) :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+設(shè)計成原電池。設(shè)計成原電池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案?Cu Cu 2e- = Cu2+比比Cu不活潑的金屬或石墨不活潑的金屬或石墨2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO4 )3、FeCl3等等負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液：練一練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。什么？試畫出原電池的裝置簡圖。3.3.利用原電池原理

20、設(shè)計新型化學(xué)電池；利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池；2.2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣；酸反應(yīng)制取氫氣；1.1.進行金屬活動性強弱比較；進行金屬活動性強弱比較；5.5.電化學(xué)保護法，即將金屬作為原電池的正極電化學(xué)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(yīng)用：五、原電池的主要應(yīng)用：6.6.解釋某些化學(xué)現(xiàn)象解釋某些化學(xué)現(xiàn)象4 4、比較金屬腐蝕的快慢、比較金屬腐蝕的快慢(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活潑性強的是下列敘述中

21、，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(fù)極；將甲乙作電極組成原電池時甲是負(fù)極；A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用導(dǎo)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(yīng)中，甲比乙失去的電子多還原反應(yīng)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(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：(2)比較反應(yīng)速率比較反應(yīng)速率例例2 ： 下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是下列制氫氣的反應(yīng)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

22、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(yīng)中加入幾滴硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：(3)比較金屬腐蝕的快慢比較金屬腐蝕的快慢例例3：下列各情況，在其中下列各情況，在其中Fe片腐蝕由片腐蝕由快快到到慢慢的順序是的順序是(5) (2) (1) (3) (4)原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：例例4：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(4)(2)(1)(3)(4)判斷溶液判斷溶液pH值變化值變化例例5： 在在Cu-

23、Zn原電池中，原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為溶液的濃度為0.125mol/L , 若工作一段時間后，從裝置中共收集到若工作一段時間后，從裝置中共收集到 0.168L升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為_ mol,溶液溶液的的pH值變值變_？（溶液體積變化忽略不計）？（溶液體積變化忽略不計）0.2解得：解得：y 0.015 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg3.75 1044 -lg3.75 答：答：0.015根據(jù)電極反應(yīng)：根據(jù)電極反應(yīng)：正極：正極：負(fù)極：負(fù)極：Zn2e-Zn2+2H+2e- H2得：得：2 2 22.4x y 0.168解：解：0.20.1252c(H+)余余2H+ 2eH2大大0.015原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：(5)原電池原理的綜合應(yīng)用原電池原理的綜合應(yīng)用例例6：市場上出售的：市場上出售的“熱敷袋熱敷袋”的主要成分為鐵屑、的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等。炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等。 “熱敷袋熱敷袋”啟啟用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時，打開用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時，打開塑料袋輕輕揉搓就會放出熱量。使用完后，會發(fā)塑料袋輕輕揉搓就會放出