高二理科实验班化学第四节原电池原理及其应用.ppt

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1、第四节 原电池的原理及应用,1780年，伽伐尼(Galvani,L.)青蛙抽搐实验。,原电池的雏形,理论解释：生物电观点！,1780 年意大利生理学家 Galvani发现了以金属片接触青蛙肌肉时，有收缩的现象发生。当时 Galvani 以为此现象为青蛙肌肉所产生的动物电流所致，,左图是意大利的物理学家伏打11799年发明的世界上第一个电池伏打电池，为纪念他的伟大成就，科学界将他的姓简化成Volt（伏特），作为电压单位的命名。,（伏打电池示意图）,1800 年意大利的物理学家 Volta则透过不同的金属间以一液体相接所形成的伏特电池，说明了青蛙肌肉的收缩实际上是因不同金属片间的电位差透过青蛙肌肉

2、作为电解液而产生的电流所致。,第四节 原电池的原理及应用,氧化还原反应的实质,温故知新,？,Zn+2H+=Zn2+H2,得2e-,失2e-,能否让氧化还原反应中发生转移的电子按照我们设计的路线定向移动从而形成电流呢,奇思妙想,？,将Zn片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？,将Cu片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？,锌片部分溶解，锌片上有气体产生。,铜片不溶解，铜片上无气体产生。,问题探究,若将Zn片,Cu片用一导线连接再浸在H2SO4溶液中，有什么现象？,将一Zn片,Cu片平行插入H2SO4溶液中，有什么现象？,铜片不溶解，但铜片上有气体产生,锌片上有气体产生铜片上无气体产生,问

3、题探究,1.铜片上产生H2的原因?,问题讨论,导线间接一电流计有何现象产生？,用一干电池连接电流计验证电子流向，确定Zn片,Cu片的正负极是怎样的？,3.电流计指针如何偏转?,2.如何检验电子的流动?,导线间接一电流计,电流计指针发生偏转,Zn片负极,Cu片正极,锌片中的阳离子在硫酸等电解质溶液中容易离开电子形成自由离子而进入溶液，而使锌片上集累较多的电子，而锌离子在电子的作用下又聚集在锌片周围，由于锌离子聚集在锌片周围，也就阻止了氢离子直接从锌片上得到电子，（相同电荷存在斥力）当然电子就只有从锌片上通过导线流向铜片，并在铜片上与氢离子结合生成氢气。这一个得电子的过程比氢离子直接在锌片上得电子

4、的速度更快。,为什么用导线连接铜片和锌片后电子就由导线流经铜片来与氢离子结合而不直接在锌片上与氢离子结合呢？,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,一、原电池：把转化为的装置,总式：Zn+2H+=Zn2+H2,1、工作原理,化学能,电能,组成原电池应具备哪些条件？,你想自制一个原电池吗?,电 极：铁钉 碳棒 铜片 锌片溶液（液体）：无水乙醇 稀硫酸溶液 醋酸溶液 硫酸铜溶液,根据材料随意组合搭配，验证能否形成原电池。,原电池形成条件探究。,形成条件一：活泼性不同的两个电极,负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等,（不可以）,实验探究形成原电

5、池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,实验探究形成原电池的条件,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进电解质溶液中；,实验探究形成原电池的条件,（不可以）,形成条件三：必须形成闭合回路,2、原电池组成条件,两电极浸入电解质溶液中；,一、原电池,总式：Zn+2H+=Zn2+H2,1、工作原理,：把化学能转化为电能的装置。,形成闭合回路(导线连接或直接接触)；,能自发地发生氧化还原反应,活泼性不同的两个电极（金属与金属或金属与石墨）,如何确定原电池电极名称(原电池的正极和负极)？,你知道吗?,3、原电池电极名称的确定方法,根据电极材料确定。,活泼金属(通常)-负极不活泼金属或碳棒-正极。,

6、根据电极反应确定。,失电子的反应氧化反应得电子的反应还原反应,根据外电路中电流方向确定 电流流入(电子流出)-电流流出(电子流入)-,负极,正极,负极,正极,根据内电路中电流方向确定,本节知识要点1、原电池：把化学能转变为电能的装置2、原电池原理：活泼金属(负极)发生氧化反应失去电子,电子由负极流出经导线流入正极形成电流.3、原电池的组成条件：活泼性不同的两极 电解质溶液 闭合回路 能自发地发生氧化还原反应4、原电池正、负极的确定方法：电极材料电极反应电流方向,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,氧化反应,还原反应,负极,正极,阳离子,失去电子,溶液中阳离子得到电子,阴离子,正极,负极,原电

7、池工作原理小结,较活泼金属,不活泼金属或石墨,e,原电池与普通氧化还原反应有何异同?,相同点:不同点:反应部位反应速率能量变化,都是氧化还原反应,负极失去电子氧化反应正极得到电子还原反应,原电池反应速率快,原电池将化学能 转变为电能,原电池的氧化还原反应分别在两个电极上发生,练习1,用足量锌和一定量稀硫酸制取氢气时，保持温度不变，在不影响生成氢气总量的前提下，若要使反应速率减慢，可向稀硫酸中加入一种盐的晶体，若要使反应速度加快，也可向稀硫酸中另一种盐的晶体。这两种盐分别是什么？,CH3COONa、CuSO4,练习2,练习3,CDBA,常温下，Cu、Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：Cu

8、作_极,Fe作_极电极反应式是：负极_ 正极_总反应式是_如将稀硫酸改为浓硝酸则：Cu作_极,Fe作_极电极反应式是：负极_ 正极_总反应式是_,Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,正,负,Fe-2e-=Fe2+,2H+2e-=H2,Fe+H2SO4=FeSO4+H2,负,正,Cu-2e-=Cu2+,2NO3-+4H+2e-=2NO2+2H2O,练习4,普通锌锰电池,碱性电池,镍镉电池,镍氢电池,银锌纽扣电池,锂离子电池,非化学电池,铅酸蓄电池,二、常见化学电源,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn 2+,正极（石墨）：,总反应：,1、锌-锰干电池,2NH4+2MnO2+

9、2e=2NH3+Mn2O3+H2O,Zn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,二、常见化学电源,碱性锌-锰干电池,负极：,正极：,电池反应：,电解质：,KOH,Zn,MnO2,Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,碱性电池,2、铅蓄电池,2、铅蓄电池,负极Pb：Pb+SO42-2e-=PbSO4,正极PbO2：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,总反应：,3、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li-2e=2Li+，正极：I2+2e=2

10、I，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。,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,4.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,5.铝-空气-海水电池,1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，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-总反应式

11、为：4A1+3O2+6H2O4A1(OH)3这种海水电池比“干电池”的能量高2050倍。,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，,6、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,三、金属的电化学腐蚀,1、化学腐蚀,金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。,这类反应比较简单，仅仅是金属跟氧化剂之间的氧化还原

12、反应。,左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头放在南极90多年了，却很少生锈,升温可加快金属腐蚀,2、电化学腐蚀,不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀叫电化学腐蚀。,铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？,海边的铁制品比较容易生锈，为什么？,原理:原电池反应可加快金属腐蚀,钢铁的吸氧腐蚀示意图,负极(Fe)2Fe-4e=2Fe2+；正极(C)O2+2H2O+4e=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,负极(Fe)Fe-2e=Fe2+正极(C)2H+2e=H2总反应：Fe+2H+=Fe2+H2,钢铁的析氢腐蚀示意图,

13、两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍,相互联系,较活泼金属被氧化,金属被氧化,本质,有微弱电流产生,无电流产生,有无电流,不纯金属或合金跟电解质溶液及氧化剂接触,金属跟氧化性物质直接接触,条件,电化学腐蚀,化学腐蚀,化学腐蚀与电化学腐蚀的比较,小结：,金属腐蚀的分类,化学腐蚀,电化腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,（常见普遍）,(1)、改变金属的内部组织结构，如(2)、在金属表面覆盖保护层，如(3)、电化学保护法 在要保护的金属上连接比该金属更活泼的金属或合金,不锈钢,覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的气化膜等,3、金属防护的方法,镀锌铁管,船身如何防腐蚀的？,用牺牲锌块的方法来保护,船身

14、上装锌块,1.表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是（）。A白铁（镀锌铁）B马口铁（镀锡铁）C镀镍铁 D镀铜铁,2.下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是,A BC D,BCD,A,3在装有水的容器中，用棉线悬挂一个在水中保持平衡的金属棒，该棒由铁和铜焊接而成，棉线系在两种金属接缝处（如图），再向水中加入少量CuSO4，经过一段时间应看到的现象是()A铁端将附着铜增重下沉；B铜端将附着铜增重下沉；C铁端将变细减重上升；D铜端粗细不变将下沉,BC,(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：_,4、如图,水槽中试管内有一枚铁

15、钉，放置数天观察：,(2)、若液面下降，则溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应式为：负极：_ 正极：_,弱酸性或中性,吸氧,2Fe-4e-2Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,较强酸性,析氢,Fe-2e-Fe2+,2H+2e-H2,原电池电极反应式的书写注意事项：（1）注意电极反应：负极氧化，正极还原。（2）要注意电荷守恒：两电极反应转移的电子数相等；有可能在电极方程式两边添加H+、OH-、H2O等，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,练习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。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：F

16、e+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2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：Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-D放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动,B、D,练习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,