《化学反应原理》鲁教版原电池的工作原理.ppt

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1、普通干电池,钮扣电池,笔记本电脑 专用电池,摄像机专用电池,“神六”用太阳能电池,手机电池,第3节 化学能转化为电能电池,学习目标：1、分析铜锌原电池，了解原电池的工作原理，了解根据电极反应和电流的方向判断原电池正极、负极的方法，以及电极反应的概念。2、了解几种重要的化学电源，掌握原电池的实际应用。3、分析铜铁接触形成原电池而发生腐蚀的例子，了解金属腐蚀的电化学原理以及防护的原则。4、通过学习，进一步从能量的角度理解化学科学对人类生活的重要贡献。,第3节 化学能转化为电能电池,原电池的工作原理,温故知新,1、原电池：把化学能转化为电能的装置。,2、构成原电池的条件,（1）有二种活泼性不同的金属

2、（或金属与非金属）做电极；（2）两电极在电解质溶液中；（3）形成闭合回路;（4）有自发的氧化还原反应。,原电池的工作原理,练习,判断下列装置是否能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,原电池的工作原理,自主探究1,实验1.将锌片加入CuSO4溶液中，测量溶液温度的变化，分析能量变化的情况。记录实验1的现象和结论。,现象：,锌片溶解,有红色物质析出,温度计显示温度迅速上升.,结论（反应的实质）：,Zn+Cu2+Zn2+Cu,在实验1中：,锌原子失去电子直接转移给Cu2+,原电池的工作原理,自主探究1,实验2.如果锌片加入CuSO4溶液的反应是放热反应，请设计实验将该反应释放的能量转化为电能并 实

3、施你所设计的实验。,试剂和仪器：CuSO4溶液，锌片，铜片，温度 计，检流计，导线，大烧杯。,思考并设计实验方案，预测实验2的现象和结论。,原电池的工作原理,实验2.如果锌片加入CuSO4溶液的反应是放热反应，请设计实验将该反应释放的能量转化为电能并 实施你所设计的实验。,自主探究1,现象：,结论：,锌片溶解而变细,铜上有红色物质析出,电流计指针发生偏转.,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,在实验2中：,锌原子失去的电子沿导线定向移动到铜电极，而在溶液中阴阳离子发生了定向移动，从而构成闭合回路。,原电池的工作原理,A,锌,e-,e-,铜,SO42-,Cu2+,SO42-,Cu2+,

4、Cu2+,Zn2+,Cu2+,Cu2+,SO42-,CuSO4溶液,Cu2+,SO42-,e-,e-,e-,e-,+,思考与讨论,该电池的电子流向？电极反应？,原电池的工作原理,原理分析：,负极:氧化反应正极：还原反应,1、电极反应,Zn-2e-Zn2+,Cu2+2e-Cu,锌片失去电子，铜离子得到电子，两极之间溶液离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动，构成闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流。,总反应：Zn+Cu2+Zn2+Cu,原电池的工作原理,思考,原电池中电极反应的反应物一定来源于电极材料和电解质溶液吗？,原电池的工作原理,思考：,下列装置能否实现化学

5、能向电能的转化？如果不行，将如何改进使其形成原电池？,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,原电池的工作原理,思考：,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,盐桥：在U形管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。,改进的装置：,原电池的工作原理,交流研讨：,1、在盐桥插入之前，检流计指针是否发生偏转？2、在盐桥插入之后，检流计指针是否发生偏转？3、左右烧杯中各发生了什么反应？4、该装置与普通锌铜原电池相比，有什么不同的地方？,半电池：包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。,原电池的工作原理,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盐溶液一直保持电中性，从而

6、使电子不断从Zn极流向Cu极，使电流持续传导。,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,总反应：Zn+Cu2+Zn2+Cu,原电池的氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行，两个原电池装置本质上是完全相同的。,电池反应,原电池的工作原理,练习：,为获得较长时间的稳定电流,如何将由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？,1、将A、B、C、D四块不同的金属片浸入稀硫酸，导线两两相连可组成原电池。若A、B相连形成原电池时，A为负极，C、D相连形成原电池时，C为负极，A、C相连形成原电池时，C极有大量的气泡产生，D、B相连形成原电池时，B极有大量的气泡产生。则这四种金属

7、的活动性由大到小的顺序是（）A、CABD B、ABCD C、ACDB D、DBAC,C,3、下列关于实验现象的描述不正确的是（）A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B用锌片做阳极，铁片做做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌C把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快,C,第3节 化学能转化为电能电池,电池化学能转化为电能,装置：原电池,电极反应：正极：还原反应负极：氧化反应,产生直流电,利用化学电源,锌锰干电池（一次电池）,铅蓄电池（二次电池）,氢氧燃料电池,防止 电化学腐蚀：负极金属被氧化为阳离子,

8、覆盖保护层,牺牲阳极保护,阴极电保护,常见电池和新型电池示例,原电池应用,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn 2+,正极（石墨）：2NH4+2e-=2NH3+2H2,总反应：Zn+2NH4+=Zn 2+2NH3+2H2,1、锌-锰干电池,常用电池的电极反应和电池总反应式书写,2NH4+2MnO2+2e=2NH3+Mn2O3+H2O,Zn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,2、铅蓄电池,负极Pb：Pb+SO42-2e-=PbSO4,正极PbO2：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,总反应：,例2：蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。

9、下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是()A放电时，Fe是负极，NiO2是正极 B蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中C充电时，阴极上的电极反应为：D放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动,解析：蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属，A正确。放电时，Fe是原电池的负极，Fe失电子被氧化成Fe2+离子。由于负极Fe的附近聚集较多的Fe2+离子，电解质溶液中的阴离子向负极移动，D不正确。充电时蓄电池起电解池作用，充电时电源的负极应与蓄电池的负极（Fe，此时作为电解池的阴极）相连接，发生还原反应。C正确。反应是在碱性溶液中进行的，B

10、不正确。答案：B、D。,钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO，,3、银-锌电池,负极：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O,正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,总反应：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag,4、燃料电池,负极H2：2H2+4OH-4e-=4H2O,正极O2：O2+2H2O+4e-=4OH-,总反应：O2+2H2=2H2O,氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的

11、气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。,例3：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+，则其正极反应式为_ _。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为_ _。,O2+4e-+4H+=2H2O,2H2-4e-+4OH-=4H2O,4、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃

12、料电池中a极的电极反应式：，此时电池内总的反应式：。,CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,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，则下列说法正确的是（）每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-负极上CH4失去电子，电极反应式：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-电池放电后，溶液PH不断升高 A.B.C.D.,A,5、(99理综)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2C

13、O3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:负极反应式:,正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32-总电池反应 式:.,2CO+2CO32-4e-=4CO2,2CO+O2=2CO2,解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2=2CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-。,5、海水电池（电解质溶液为海水）,负极：4Al-12e

14、=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e=12OH总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,6、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li-2e=2Li+，正极：I2+2e=2I，总反应：2Li+I2=2LiI,跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。,（1）利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。（2）碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。（3）负极：2Fe-4e-=2 Fe2+，正极：O2+2H2O+4e-=4OH-，总反应方程式是：4 Fe+3O2+6H2O=4Fe

15、(OH)3,市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等，热敷袋启用之前用塑料袋密封使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量，使用完后，会发现有大量的铁锈存在，请回答下列问题：（1）热敷袋使用时，为什么会放出热量？（2）碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？（3）试写出有关的电极反应式和化学方程式。,原电池电极反应式的书写注意事项：（1）负氧正还。（2）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H+、OH、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。（3）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。,小结,化学腐蚀与电化腐蚀,金属的腐蚀 金属或合金跟周围接

16、触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,金属的腐蚀及其防护,析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）,O2+2H2O+4e-=4OH,2H+2e-=H2,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,Fe-2e=Fe2+,（3）金属防护的几种重要方法 改变金属内部的组织结构，制成合金。在金属表面覆盖保护层。电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解 池的阴极而受到保护。,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀,小结,例下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序是 A B C D,D,