第四节原电池的原理及其应用新人教.ppt

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1、原电池原理,伏打电池的发明源于一个有趣的生物实验：在死去的青蛙腿上同时插入用导线连接着两种不同材料的电极，青蛙腿就像触电似的痉挛起来。,你知道其中的奥秘吗？,开 题,你听说过伏打电池吗？,【学生实验一】:将锌片、铜片插入稀硫酸，有何现象？,锌片上有气泡产生,原理:,Zn+2H+=Zn2+H2,2e-,更多资源,【实验二】锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中,实验现象：铜片上有气泡产生,问题探究,1.铜片上产生什么气体?,有人说H2是由铜和稀硫酸在这种特定的条件下反应产生出来的。这种想法正确吗？,2.铜片上的电子从何来?,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,电流计,Zn2e=Zn2+,2H+

2、2e=H2,3.如何检验电子的流动?,问题探究,根据能量守恒原理，这种产生出来的电能是从什么能量转变来的呢？,一、原电池,化学能转变为电能的装置,原电池,电子的转移,氧化还原反应,电流,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,灯泡,1、原电池的正负极判断,负极：电子流出的一极正极：电子流入的一极,2、电极反应,2H+2e=H2,负极：,Zn2e=Zn2+,正极：,原电池,氧化反应,还原反应,氧化还原反应,总反应：Zn+2H+=Zn2+H2(离子方程式),失去电子,得到电子,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(化学方程式),铜片的作用是什么？可以用石墨代替吗?,【问题一】,【问题二】,Cu,Z

3、n,整个装置是如何形成电流的闭合回路的?,负极,正极,【问题三】,Cu,Zn,溶液中阴阳离子分别向哪一个电极运动？,Zn2+,负极,正极,静电作用,【问题四】,Cu,Zn,有人说在铜锌原电池中，活泼金属失去电子，不活泼金属得到电子。这种说法正确吗？,Zn2+,负极,正极,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,【问题五】,Cu,Zn,为什么H+在铜片上得到电子？,Zn2+,负极,正极,静电斥力,静电引力,Cu,Zn,Zn2+,H+,H+,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,氧化反应,还原反应,负极,正极,电子沿导线传递，产生电流,阳离子,失去电子,溶液中阳离子得到电子,阴离子,正极,负极,SO

4、42-,原电池工作原理小结,较活泼金属,不活泼金属或石墨,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)。,【实验探究】：将铝片、石墨插入稀硫酸溶液中，是否可以形成原电池？,石墨,Al,稀硫酸,（1）说明反应的现象；（2）判断正负极；（3）写出电极反应式；（4）写出总反应的离子方程式和化学方程式。,巩固练习1,Mg,Fe,稀硫酸,（1）说明反应的现象；（2）判断正负极；（3）写出电极反应式；（4）写出总反应的离子方程式和化学方程式。,巩固练习2,【实验探究】：将锌片、铜片插入硫酸铜溶液中，是否可以形成原电池？,（1）说明两个电极质量的变化情况；（2）判

5、断正负极；（3）写出电极反应式；（4）写出总反应的离子方程式和化学方程式。,巩固练习3,二、形成简单原电池的条件,两种不同的金属（或一种金属与石墨）作电极用导线相连（或直接接触）插入电解质溶液里，形成闭合回路金属能与电解质溶液自动发生氧化还原反应,1.在如下图所示的8个装置中，属于原电池的有.,e,课堂练习:,三、简单原电池的设计,（1）将反应:2FeCl3+Fe=3FeCl2设计成原电池。（2）判断正负极并写出电极反应。,石墨,Fe,FeCl3溶液,负极（铁）：Fe2e=Fe2+正极（石墨）：2Fe3+2e=3Fe2+,干电池,纽扣电池,锂电池,化学电源,四.常见的化学电源,一次电池二次电池

6、高能电池燃料电池,锌锰干电池,四.常见的化学电源,.干电池(一次电池),电极:Zn为负极,碳棒为正极,电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊,另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。,负极(Zn):Zn-2e-Zn2+正极(C):2NH4+2e-2NH3+H2 H2+2MnO2 Mn2O3+H2O 去氢 4NH3+Zn2+Zn(NH3)42+去氨,电极方程式：,四.常见的化学电源,铅蓄电池,电极：Pb为负极；PbO2为正极.,电解液:30%的H2SO4溶液,电极反应式:,负极(Pb)：Pb+SO42-2e-PbSO4,正极(PbO2)：PbO2+4H+SO42-+2e P

7、bSO4+2H2O,总电池反应:PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,拓展创新,.铅蓄电池(二次电池),(1.251.28g/cm-3),课堂练习:,2.铅蓄电池(原电池)的电极分别是PbO2和Pb,电解质溶液为稀硫酸溶液,工作时原电池的总反应是:PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O.根据上述反应,判断:1)原电池的负极是(填电极材料)_2)工作时蓄电池负极反应式为_3)工作时蓄电池里电解质溶液的PH变化:_,电极:Zn为负极，Ag2O为正极,电解液:KOH溶液,电极反应式:,负极:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,正极:Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-

8、,总反应式:Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2,拓展创新,银锌电池,.高能电池(银锌电池、锂电池),电极:Pt制作的惰性电极,电解质溶液:KOH溶液,负极:2H2-4e-+4OH-4H2O,正极:O2+2H2O+4e-4OH-,总反应：2H2+O22H2O,拓展创新,氢氧燃料电池,若为酸性介质，试写出电极反应式？,思考:,负极：2H2-4e-4H+正极:O2+4H+4e-2H2O,.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/煤气电池/海水-空气电池),铝-空气-海水电池,.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/煤气电池/铝-海水-空气电池),1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水

9、为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。负极：4A1-12e-4A13+正极：3O2+6H2O+12e-12OH-电池总反应式为：4A1+3O2+6H2O4A1(OH)3 这种海水电池比“干电池”的能量高2050倍。,甲烷-氧燃料电池,该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气:负极：CH4+10OH-8e-CO32-+7H2O 正极：2O2+4H2O+8e-8OH-电池总反应式为：CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O,.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/煤气电池/海水-空气电池),小结:,燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池 除能量转化率 高外还可

10、持续使用，不污染环境。一般的可燃物均可与O2组成燃料电池，如H2、CO、CH4、乙醇等。燃料电池一般以碱性介质作电解液，也可用酸性介质作电 解液，二者电极上应式是有区别的。如甲烷-氧燃料电池在酸性介质中的电极反应为：负极：CH4+2H2O-8e-CO2+8H+正极：2O2+8H+8e-4H2O 总反应式为：CH4+2O2 CO2+2H2O,五.原电池的应用,(1)制作干电池、蓄电池、高能电池等。,例1.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2.画出原电池的示意图并写出电极反应式.,负极（铜）：Cu2e=Cu2+正极（石墨）：2Fe3+2e

11、=3Fe2+,五.原电池的应用,(2)比较金属活动性强弱。,例2.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）,(3)比较反应速率,例3.下列制氢气的反应速率最快的是,C.粗锌和 1mol/L 硫酸；,A.纯锌和1mol/L 硫酸；,B.纯锌和18 mol/L 硫酸；,D.粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,（D）,(4)比较金属腐蚀的快慢,例4.下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快

12、到慢的顺序是,(5),(2),(1),(3),(4),(5)判断溶液pH值变化,例6.在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为_ mol,溶液的pH值为_？（溶液体积变化忽略不计）,0.2,解得：,y 0.015(mol),x 0.015(mol),3.75 10 4(mol/L),pH-lg3.75 104,4-lg3.75,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,得：,2 2 22.4,x y 0.168,解：,0.20.1252,

13、c(H+)余,2H+2eH2,4-lg3.75,0.015,六.金属的腐蚀和防护,(1)判断下列装置是否为原电池？若是，指出电极名称并写出电极反应式。,(2)若将Fe棒C棒粉碎掺在一起制成一光亮的FeC合金棒，插在HCl里，则是否构成了原电池？若是，电极反应是什么？长期放置，铁棒表面会有什么变化？,(4)钢铁腐蚀的本质是什么？什么是钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀？为什么常以后者为主？,(5)生产上常采取哪些金属防腐措施？,(3)钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或浓度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么？,钢铁表面形成的微小原电池示意图,钢铁的析氢腐蚀示意图,钢铁的吸氧腐蚀示

14、意图,知识总结,1、,2、,金属阳离子,失e-,氧化反应,金属腐蚀的类型,化学腐蚀,电化腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,（常见普遍）,.,金属腐蚀,金属原子,金属腐蚀的本质：,3、,金属腐蚀：,是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。,4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较,Fe2O3 nH2O,（铁锈）,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,水膜呈酸性。,水膜呈中性或酸性很弱。,CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3-,电极反应,负极Fe(-),Fe-2e=Fe2+,2Fe-4e=2Fe2+,正极C(+),2H+2e=H2,O2+2H2O+

15、4e=4OH-,总反应:,Fe+2H+=Fe2+,2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,联系,钢铁腐蚀的防护：,例6：,改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢。,A.,C.,铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；,B.,D.,它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；,2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是Cu2(OH)2CO3这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原

16、因的分析，最可能的是,环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；,（D）,它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；,2.金属表面覆盖保护层,3.电化学保护法,原理：,原理：,如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。,隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。,牺牲阳极的阴极保护法,形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。,牺牲阳极的阴极保护法示意图,练 习,1。,如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,（1）,若液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极：,正极：；,若液面下降，则溶液呈 性，发生 腐

17、蚀，电极反应式为：负极：正极：。,（2）,中性或碱性,吸氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,2、,分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）、铁棒上的电极反应式为：（2）、碳棒上的电极反应式为：（3）、溶液中发生反应的化学方程式：,3、,镍镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,放电,充电,A.Cd,（D）,B.NiO(OH),D.Ni(OH)2,C.Cd(OH)2,2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O

18、2=4Fe(OH)3,O2+2H2O+4e-4OH-,2Fe4e-2Fe2+,4.盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋酸铜(CH3COO)2Cu，将产生两种影响生成速率的因素，其一是：，其二是：；,5.有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，试设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。,H+与CH3COO结合生成CH3COOH，使H+浓度减小，从而减慢了反应速率。,Zn置换出Cu形成了原电池，从而加快了反应速率,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),原电池小结,定义,形成条件,正负极名称和电子流向判断,工作原理（氧还反应，熟写电极反应式）,应用,分析各种电池。,比较金属活动性强弱,比较反应速率,比较金属腐蚀的快慢,判断溶液pH变化,金属的腐蚀和防护,原电池,腐蚀（定义、本质、类型）,腐蚀防护（常见三种方法）,（从活泼性比较、电子得失、氧还反应等多角度判断）,题型,（三点记住）,更多资源,