人教版化学选修四 原电池.ppt

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1、新课标人教版选修四化学反应原理,第四章 电化学基础,1原电池,2化学电源,4金属的电化学腐蚀与防护,电化学基础,3电解池,氧化还原反应,化学能转化为电能，自发进行,电能转化为化学能，外界能量推动,知识结构,第一节 原电池,把化学能转变为电能的装置叫 原电池,要解决的问题：1.什么是原电池？2.原电池的工作原理？（电子的流向、电流的流向、离子的流向、形成条件、电极的判断、电极反应的写法）,原电池及其工作原理：,1.定义：,.电极名称：,相对活泼的电极为负极相对不活泼的电极为正极,3.电极反应：,负极：正极：,失电子的氧化反应得电子的还原反应,从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池

2、。,化学能转化为电能的装置为原电池。,活动探究1,响,响,两极材料不同,活泼性不同的两个电极,响,不响,负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等,4 原电池形成的条件：,溶液导电性不同,电极材料均需插入电解质溶液中,活动探究2,响,不响,不响,电解质溶液是否连通,两极相连与电解质溶液必须形成闭合回路,活动探究3,：原电池的构成条件,能自发地发生氧化还原反应两种活泼性不同的电极电解质溶液（做原电池的内电路，可能参与反应）形成闭合回路,（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。,小结,5.定向移动方向：电子、离子,原电池,“负极给出电子，并流向正极”,必发生失电子的氧化反应,必发生得电子的还

3、原反应,与原 电 池 相关的概念,1.电路：,外电路,内电路,电子流向：负极流向正极,电流方向：正极流向负极,阴离子流向负极,阳离子流向正极,2.电极：,正极：电子流入的一极,负极：电子流出的一极,3.电极反应式：,正极：2H+2e-H2,负极：Zn2e-Zn2+,4.总反应式：,Zn+2H+Zn2+H2,例1.下列哪几个装置能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,M,N,CuSO4,例2.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是()(A)正极附近的SO42 离子浓度逐渐增大(B)电子通过导线由铜片流向锌片(C)正极有O2逸出(D)铜片上有H2逸出,D,1.某金属

4、能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,B,2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH()A.不变 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小,C,练习：,1.下列装置中能组成原电池形成电流的是(),牛刀小试,C,原电池的判断,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,小结,？提出问题：上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电

5、流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？,讨论：,造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。,对锌铜原电 池工作原理的进一步探究,为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图4-1）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？,在探究实验的装置中架上盐桥连通,看有什么现象？,电流计指针回到零点，说明无电流，未构成原电池。,电流计指针偏转，有电流通过电路，是原电池装置;,(2)然后取出盐桥，又将看到什么现象?,探究实验,盐桥：在U形管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的

6、冻胶。,（）盐桥的作用是什么？可提供定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电中性，盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。,.双液原电池的工作原理（有关概念）,（）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出,盐桥的作用：（1）形成闭合回路。（2）平衡电荷。,(3)双液原电池的优点：能产生持续、稳定的电流。,_原电池,双液,锌半电池,铜半电池,Cu,Zn2+,Cu2+,SO4 2-,SO4 2-,Zn,K+,Cl-,Zn2+,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2

7、e-=Cu,负极,正极,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。,1、依探究实验的原理，按以下反应设计一个能持续产生电流的原电池装置，画出装置图。Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,课堂练习,说明：盐桥为含有琼胶的KNO3饱和溶液,24,3.判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，说明理由；若是，指出正负极名称并写出电极反应式。,(A)(B)(C)(D),4.依据反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：（1）电极X的材料是_；电解质溶液Y是_；（2）银电极为电池的_极，发生的电极反应为_；X

8、电极上发生的电极反应为 _。（3）外电路中的电子是从_电极流向_电极。,铜,AgNO3,正,2Ag+2e-=2Ag,Cu-2e-=Cu2+,Ag,Cu,26,电池电极反应式的类型,由NordriDesign提供,电池电极反应式的书写,先写出总反应，再写出某一个简单的半反应，用总反应 减去半反应就得到另一个半反应,规则：,28,一、仅有负极材料参与反应,参与反应的金属电极本身为负极，负极参与反应的金属失电子（先写出负极反应式），正极是介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸氧、析Cu、Ag等）。,29,1、酸性较强介质：正极一般是析氢反应。负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2H+2e-=H2

9、总反应：Zn+2H+=H2+Zn2+,30,2、碱性介质：正极一般是吸氧反应。负极：2Fe-4e-=2Fe2+或 2Fe+2OH-4e-=2Fe(OH)2 正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,31,3、接近中性介质：正极一般是吸氧反应。负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,32,4、含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属（Cu、Ag等）。负极：Fe-2e-=Fe2+正极：Cu2+2e-=Cu总反应：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+,练习：请写出右边原电池的

10、电极方程式,总反应方程式：,负极：Al，失e-2Al-6e 2Al3+,2Al3+8OH-=2AlO2-+4H2O,负极总反应：2Al+8OH-6e 2AlO2-+4H2O,正极：总反应负极反应,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成离子方程式：,2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2,根据化合价升降判断正负极,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,34,二、电极材料本身均不参与反应,两电极均为惰性电极，常见于燃料电池。1、酸性介质 氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4H+4e-=2H2O a.应考虑电解质对电极反应的影响 b.介

11、质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子 c.H+写在正极的反应物中,35,2、碱性介质 氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：2H2+4OH-4e-=4H2O 正极：O2+2H2O+4e-=4OH-,36,3、当电解质溶液接近中性时 氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+2H2O+4e-=4OH-,37,例一 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确吗？1.负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-2.负极上CH4失去电子，电极反应式CH

12、4+10OH-8e-=CO32-+7H2O,38,三、两电极材料均参与反应,两电极材料通常由金属和金属化合物构成。1、酸性介质 铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 负极：Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极：PbO2+SO42-+4H+2e-=PbSO4+2H2O a.应考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物等）b.介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-c.H+写在正极的反应物中,39,2、碱性介质 爱迪生蓄电池：Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2 负极：Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2 正极：NiO2+2H2O+2e-=Ni(OH)

13、2+2OH-a.反应式两边不能出现H+离子 b.OH-写在负极的反应物中,1.利用原电池原理设计新型化学电池；,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；,3.进行金属活动性强弱比较；,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。,五、原电池的主要应用：,5.解释某些化学现象,(1)比较金属活动性强弱。,例1：,下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是,C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；,A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有H2气放出；,B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多；,D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；,（C）,

14、原电池原理应用：,(2)比较反应速率,例2：,下列制氢气的反应速率最快的是,粗锌和 1mol/L 盐酸；,B.,A.,纯锌和1mol/L 硫酸；,纯锌和18 mol/L 硫酸；,C.,粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D.,（D）,原电池原理应用：,(3)比较金属腐蚀的快慢,例3：,下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,(5),(2),(1),(3),(4),原电池原理应用：,例4：,下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是,(4),(2),(1),(3),(5)原电池原理的综合应用,例5：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、

15、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。“热敷袋”是利用 放出热量。2)炭粉的主要作用是。3)加入氯化钠的主要作用是。4)木屑的作用是。,铁被氧化,与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化,氯化钠溶于水、形成电解质溶液,使用“热敷袋”时受热均匀,原电池原理应用：,小 结,定义:,（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理,原电池,把化学能转化成电能的装置。,2、原电池的工作原理较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。,（2）形成原电池的条件,（3）原电池的正负极的判断方法,（4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）,