化学选修四第四章第一节ppt课件.ppt

第四章 电化学基础 第一节 原电池,2022年12月13日1时26分,电化学：研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学。,电化学,原电池：产生电流的反应，发生在化学电池中，是自发的，向外输送能量,电解池：借助电流而发生的反应：发生在电解池中，由外界输入的能量推动,普通干电池,充电干电池,钮扣电池,笔记本电脑 专用电池,摄像机专用电池,手机电池,一、复习回顾,1、原电池是_的装置。原电池反应的本质是_反应。,将化学能转化为电能,氧化还原反应,2、如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：Zn电极是_（填“正”或“负”）极，其电极反应为_，该反应是_（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是_极，其电极反应为_,该反应是_反应。,（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极是_极，其电极反应为_，该反应是_反应；Cu电极是_极，其电极反应为_,该反应_反应.,负,Zn 2e - = Zn 2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2,还原,负,Zn 2e - = Zn 2+,氧化,正,Cu2+ + 2e - = Cu,还原,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,Zn2e- = Zn2+,负极,正极,2H+2e-=H2,总反应式:,Zn+2H+= Zn2+H2,负,正,氧化反应,还原反应,现象：,锌棒溶解，铜棒上有气泡,A,Cu,Zn,Zn2+,H+,H+,负极,正极,阳离子,阴离子,正极,负极,SO42-,原电池工作原理,A,e-,氧化反应,Zn-2e- =Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e，沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e- =H2,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,阳离子,原 电 池 原 理,外电路,内电路,电极反应,电极反应,判断下列装置哪些属于原电池,（3）,（4）,（5）,Zn Cu,特别注意：,正极：负极：,判断下列原电池的正负极？,AlMg,MgAl,AlCu,(金属活泼性),(Mg不 与NaOH反应),(Al发生钝化),（1）有两种活泼性不同的金属（或一种是 非金属单质或金属氧化物）作电极。,（2）电极材料均插入电解质溶液中。,（3）两极相连形成闭合电路。,1.内部条件：能自发进行氧化还原反应,2.外部条件：,组成原电池的条件,两极一液一连线，氧化还原是中心,细小铜颗粒呈现黑色,1、锌片上的Cu是 通过什么反应产生的?2、此反应对电池的效率何影响？为什么?3、如何改进？参考课本P76,思考讨论,造成的主要原因：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池了，也就没有电流在产生。,改进措施？,将锌片与硫酸铜溶液隔离,让锌片与稀硫酸不直接接触,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,？,盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。,注意：左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。,有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。,无盐桥存在时为什么不能产生电流？,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,可使连接的两溶液保持电中性，从而持续稳定的产生电流。,2.盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触改进后的原电池装置提高了能量转换率。,分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反应）,正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）,电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,二、由两个半电池组成原电池的工作原理（双液电池）,把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。,注意：左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。,电池符号：,(-)Zn|ZnSO4 CuSO4|Cu(+),“|”表示液-固的界面；“”表示盐桥。,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,电子定向移动产生电流,还原反应,Cu2+2e- =Cu,阴离子,阳离子,负极,正极,阳离子,原 电 池 原 理,外电路,内电路,半电池,半电池,Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,ZnSO4,CuSO4,盐桥,阳离子,离子定向移动形成回路,三、原电池的设计,设计中需要关注的问题：1、有一个自发进行的氧化还原反应2、要有电极材料3、电解质溶液4、组成闭合回路5、装置,三、原电池的设计方法：,思考：如何把总方程式拆分成电极反应？如何选择电极材料和电解质溶液？如何连接形成闭合回路获得稳定的电流? 总结原电池的设计方法？,Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,负极： Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反应）,正极： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）,负极Zn ZnSO4 正极Cu CuSO4,盐桥 (KCl),化合价升高 失2e-,化合价降低 得2e-,、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液,原电池的设计 例1、利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu，设计一个原电池.,Cu,Fe,CuSO4,FeSO4,化合价升高 失2e-,化合价降低 得2e-,例2、 利用此氧化还原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图,（Cu+ 2 FeCl3 = CuCl2+ 2FeCl2）,化合价降低得2e-,Cu+ 2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+,化合价升高失2e-,Cu,C,FeCl3,CuCl2,例3：利用此氧化还原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图,还原剂和氧化产物为负极的半电池氧化剂和还原产物为正极的半电池,Zn+2Ag+=Zn2+2Ag,高考链接,Cu,AgNO3溶液,2Ag+ 2e- = 2Ag,Cu- 2e- = Cu2+,Cu,Ag,正,1.进行金属活动性强弱比较；,2.改变化学反应速率：如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气或者在锌和硫酸中滴加几滴硫酸铜溶液；,3.利用原电池原理设计新型化学电池；,4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。,四、原电池的主要应用：,5.解释某些化学现象,1、原电池的定义：2、原电池反应的本质：3、构成原电池的条件：,将化学能转化为电能的装置叫做原电池。,氧化还原反应,两个活动性不同的金属（或其中一种为 非金属，即作导体用）作电极。电解质溶液形成闭合回路在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应（前提条件）,原电池是由两个半电池组成的,小结,电池反应：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+（离子方程式）Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu （化学方程式）,正极（铜电极）：Cu2+ + 2e- = Cu 负极（锌电极）：Zn - 2e- = Zn2+,4、电极反应：,半电池中的反应就是半反应，即电极反应。,氧化反应,还原反应,5、盐桥的作用： 使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电荷平衡，组成内部闭合回路，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。,6、电解质溶液和电极材料的选择,活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt,（2）电池的电极材料必须能导电,（1）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。,7. 原电池的表示方法： (-)Zn|ZnSO4 CuSO4|Cu(+) “|”表示液-固的界面；“”表示盐桥。,8、原电池的正负极的判断方法,电子流出的极电子流入的极,负极正极,较活泼的电极材料较不活泼的电极材料,质量增加的电极质量减少的电极,负极正极,正极负极,有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应的极发生还原反应的极,负极正极,（工作后）,（工作后）,微观判断（根据电子流动方向）,作业,1、作业本：1、6 2、3、4、5做在课本上2、学案、活页卷相关习题,