高二化學選修4_原電池課件修改版

1、第四章第四章 電化學基礎(chǔ)電化學基礎(chǔ) 第一節(jié)第一節(jié) 原電池原電池 一、化學能轉(zhuǎn)化為電能一、化學能轉(zhuǎn)化為電能原電池原電池 （1 1）原電池的概念原電池的概念 將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置 負極負極 正極正極 zn-2e-=zn2+ 2h+ +2e-=h2 還原劑還原劑(zn)失去電失去電 子，發(fā)生氧化反應(yīng)子，發(fā)生氧化反應(yīng) 氧化劑氧化劑(h+)在銅在銅 極上得到電子，極上得到電子， 發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng) 還原劑還原劑 失去的電子失去的電子 從鋅極流出從鋅極流出 流入銅極流入銅極經(jīng)外電路經(jīng)外電路 znzn2+ 2+ h+ so42- 電流方向電流方向 3 （2 2）原電

2、池工作原理原電池工作原理 （3 3） 電極、電極反應(yīng)式電極、電極反應(yīng)式 zn片：片： zn 2e- = zn2+ 負極：負極：（失電子，氧化反應(yīng)）（失電子，氧化反應(yīng)） cu片：片： 2h+2e- = h2 正極：正極： （得電子，還原反應(yīng)）（得電子，還原反應(yīng)） a zncu so42 h+ h+ 電池反應(yīng)電池反應(yīng)+： 負極：負極： 正極：正極： e- e- 電子電子從從負極負極經(jīng)經(jīng)外電路外電路流向流向正極正極，從而產(chǎn)生，從而產(chǎn)生 電流，使電流，使化學能化學能轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成電能。電能。 4 實驗組別組組組組組組組組 是否可形成是否可形成 原電池原電池 區(qū)別區(qū)別 結(jié)論結(jié)論 可以可以可以可以 兩極材料

3、不同兩極材料不同 活潑性不同活潑性不同 的兩個電極的兩個電極 可以可以 不可以不可以 負極：較活潑的金屬負極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬、正極：較不活潑的金屬、石墨石墨等等 （4） 原電池形成的條件：原電池形成的條件： mg cu 橙汁橙汁 h2 溶液導(dǎo)電性不同溶液導(dǎo)電性不同 電極材料均需插入電極材料均需插入電解質(zhì)電解質(zhì)溶液中溶液中 是否可形成是否可形成 原電池原電池 組組組組組組 區(qū)別區(qū)別 結(jié)論結(jié)論 可以可以不可以不可以可以可以 是否可形成是否可形成 原電池原電池 組組組組 區(qū)別區(qū)別 結(jié)論結(jié)論 不可以不可以 電解質(zhì)溶液是否連通電解質(zhì)溶液是否連通 兩極相連與電解質(zhì)溶液必須兩極相連與電解

4、質(zhì)溶液必須 形成形成閉合閉合回路回路 可以可以 ：原電池的構(gòu)成條件：原電池的構(gòu)成條件 能自發(fā)地發(fā)生能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng) 兩種活潑性不同的電極兩種活潑性不同的電極 電解質(zhì)溶液（做原電池的內(nèi)電路，可能電解質(zhì)溶液（做原電池的內(nèi)電路，可能 參與反應(yīng)）參與反應(yīng)） 形成閉合回路形成閉合回路 負極：較活潑的金屬負極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬、石墨等正極：較不活潑的金屬、石墨等 （正極一般不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用）。（正極一般不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用）。 cufe h2so4 cuzn h2so4 cufe nacl溶溶液液 cufe nacl溶液溶液 cuzn 酒酒精精 c

5、u zn h2so4h2so4 a bcd efm nznz 4os2h n nzcu 4os2cu uc 4os2h 1.1.下列哪幾個裝置能形成原電池下列哪幾個裝置能形成原電池？ o v x v v x x x x v 2 2、如右圖所示，組成的原電池：、如右圖所示，組成的原電池： （1 1）當電解質(zhì)溶液為稀）當電解質(zhì)溶液為稀h h2 2soso4 4時：時： znzn電極是電極是_（填（填“正正”或或“負負”）極，）極， 其電極反應(yīng)為其電極反應(yīng)為_，該反應(yīng)，該反應(yīng) 是是_（填（填“氧化氧化”或或“還原還原”，下同）反應(yīng)；，下同）反應(yīng)； cucu電極是電極是_極，其電極反應(yīng)為極，其電極反應(yīng)

6、為 _,_,該反應(yīng)是該反應(yīng)是_反應(yīng)。反應(yīng)。 （2 2）當電解質(zhì)溶液為）當電解質(zhì)溶液為cusocuso4 4溶液時：溶液時： znzn電極電極 是是_極，其電極反應(yīng)為極，其電極反應(yīng)為_， 該反應(yīng)是該反應(yīng)是_反應(yīng)；反應(yīng)；cucu電極是電極是_極，極， 其電極反應(yīng)為其電極反應(yīng)為_,_,該反應(yīng)該反應(yīng)_ 反應(yīng)反應(yīng). . 負負 znzn2e2e- - = zn = zn2+ 2+ 氧化氧化 正正 2h2h+ + +2e +2e- - =h =h2 2 還原還原 負負znzn2e2e- - =zn =zn2+ 2+ 氧化氧化 正正 cucu2+ 2+ +2e +2e- - = cu = cu 還原還原 鋅銅

7、原電池工作原理鋅銅原電池工作原理 a 稀稀h2so4 鋅片鋅片 銅片銅片 提出問題：提出問題： 上圖是我們在必修上圖是我們在必修2中學習過的將鋅片和銅片置于稀硫酸中學習過的將鋅片和銅片置于稀硫酸 的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍長的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍長 電流就很快減弱，因此不適合實際應(yīng)用電流就很快減弱，因此不適合實際應(yīng)用。這是什么原因造這是什么原因造 成的呢？有沒有什么改進措施？成的呢？有沒有什么改進措施？ 造成的主要原因造成的主要原因：由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣：由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣 泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的

8、內(nèi)泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內(nèi) 阻，使電流不能暢通。阻，使電流不能暢通。 二、對鋅銅原電池工作原理的進一步探究二、對鋅銅原電池工作原理的進一步探究 為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計如下圖（書為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計如下圖（書p71圖圖4-1）所示）所示 的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？ (1)(1)在探究實驗的裝置中架上在探究實驗的裝置中架上鹽橋鹽橋連通連通, , 看有什么現(xiàn)象？看有什么現(xiàn)象？ 電流計指針回到零點，電流計指針回到零點， 說明無電流，說明無電流， 未構(gòu)成原電池未構(gòu)成原電池。 電流計指針偏轉(zhuǎn)，電流計指針偏轉(zhuǎn)， 有電流通過電

9、路，有電流通過電路， 是是原電池原電池裝置裝置; (2)(2)然后取出鹽橋，又將看到什么現(xiàn)象然后取出鹽橋，又將看到什么現(xiàn)象? 探究實驗探究實驗 鹽橋：在鹽橋：在u形管中裝滿用飽和形管中裝滿用飽和kcl 溶液和瓊膠作成的凍膠。溶液和瓊膠作成的凍膠。 znso4 zn cu cuso4 a 13 分析分析：改進后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流？：改進后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流？ 鹽橋在此的作用是什么？鹽橋在此的作用是什么？ 鹽橋的作用：鹽橋的作用： （1 1）使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。）使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。 由于鹽橋（如由于鹽橋（如kclkcl）

10、的存在，其中陰離子）的存在，其中陰離子clcl- -向向 znsoznso4 4溶液擴散和遷移，陽離子溶液擴散和遷移，陽離子k k+ +則向則向cusocuso4 4溶液擴散和溶液擴散和 遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而 放電作用不間斷地進行，一直到鋅片全部溶解或放電作用不間斷地進行，一直到鋅片全部溶解或 cusocuso4 4 溶液中的溶液中的 cucu2+ 2+幾乎完全沉淀下來。 幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與若電解質(zhì)溶液與kclkcl 溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用nhnh4 4nono3 3代替代替kclk

11、cl作鹽橋。作鹽橋。 （2 2）平衡電荷。）平衡電荷。 在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離靠離 子遷移完成子遷移完成的。的。取出鹽橋，取出鹽橋，znzn失去電子形成的失去電子形成的znzn2+ 2+進入 進入 znsoznso4 4溶液，溶液，znsoznso4 4溶液因溶液因znzn2+ 2+增多而帶正電荷。同時， 增多而帶正電荷。同時， cusocuso4 4則由于則由于cucu2+ 2+變?yōu)?變?yōu)閏ucu，使得使得soso4 42- 2-相對較多而帶負電荷。 相對較多而帶負電荷。 溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向溶液

12、不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向 銅片，造成電流中斷。銅片，造成電流中斷。 鋅半電池鋅半電池 銅半電池銅半電池 三、由兩個半電池組成原電池的工作原理三、由兩個半電池組成原電池的工作原理 練習：鋅銅原電池產(chǎn)生電流時，陽離子（練習：鋅銅原電池產(chǎn)生電流時，陽離子（ ） a 移向移向zn 極，陰離子移向極，陰離子移向cu 極極 b 移向移向cu 極，陰離子移向極，陰離子移向zn 極極 c 和陰離子都移向和陰離子都移向zn極極 d 和陰離子都移向和陰離子都移向cu 極極 b 原電池的正負極的判斷方法原電池的正負極的判斷方法 根據(jù)電子流動方向根據(jù)電子流動方向 電子流出的極電子流出的極 電子流

13、入的極電子流入的極 負極負極 正極正極 質(zhì)量增加的電極質(zhì)量增加的電極 工作后工作后 質(zhì)量減少的電極質(zhì)量減少的電極 較活潑的電極材料較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料較不活潑的電極材料 負極負極 正極正極 正極正極 負極負極 根據(jù)電極材料根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生根據(jù)原電池電極發(fā)生 的反應(yīng)的反應(yīng) 根據(jù)電極增重還是減重根據(jù)電極增重還是減重 根據(jù)電解質(zhì)溶液中離子根據(jù)電解質(zhì)溶液中離子 的流向的流向 發(fā)生氧化反應(yīng)的極發(fā)生氧化反應(yīng)的極 發(fā)生還原反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極 負極負極 正極正極 陽離子移向的一極陽離子移向的一極 正極正極 陰離子移向的一極陰離子移向的一極 負極負極 質(zhì)量增加的電極質(zhì)量增加

14、的電極 工作后工作后 質(zhì)量減少的電極質(zhì)量減少的電極 正極正極 負極負極 1、根據(jù)氧化還原反應(yīng)電、根據(jù)氧化還原反應(yīng)電 子轉(zhuǎn)移判斷子轉(zhuǎn)移判斷電極反應(yīng)電極反應(yīng)。 2、根據(jù)電極反應(yīng)確定合、根據(jù)電極反應(yīng)確定合 適的適的電極材料電極材料和和電解質(zhì)電解質(zhì) 溶液溶液 四、原電池的設(shè)計四、原電池的設(shè)計 利用利用fe + cu2+=fe2+ +cu，設(shè)計設(shè)計一個一個 原電池。原電池。 cu fe cuso4feso4 思考討論：思考討論： 利用此利用此反應(yīng)來設(shè)計原電池，反應(yīng)來設(shè)計原電池， 寫出電極反應(yīng)式。并畫出裝置圖寫出電極反應(yīng)式。并畫出裝置圖 （cu+ 2 fecl3 = cucl2+ 2fecl2） 化合價降

15、低得化合價降低得2e- cu+ 2 fe3+ = cu2+ + 2fe2+ cuc cucl2 fecl3 裝置圖裝置圖 離子方程式離子方程式 cu+ 2 fe3+ = cu2+ + 2fe2+ (1)比較金屬活動性強弱。比較金屬活動性強弱。原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用： 五、原電池的主要應(yīng)用五、原電池的主要應(yīng)用： 1 1、x x、y y、z z、w w四種金屬片進入稀鹽酸中四種金屬片進入稀鹽酸中, ,用導(dǎo)線連用導(dǎo)線連 接接, ,可以組成原電池可以組成原電池, ,實驗結(jié)果如圖所示實驗結(jié)果如圖所示: : 則四種金屬的活潑性由強到弱的順序為則四種金屬的活潑性由強到弱的順序為 _ z y y x

16、z w x w zyxw (2)比較反應(yīng)速率比較反應(yīng)速率 例例2 ： 下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是 粗鋅和粗鋅和 1mol/l 鹽酸；鹽酸； b. a. 純鋅和純鋅和1mol/l 硫酸；硫酸； 純鋅和純鋅和18 mol/l 硫酸；硫酸； c. 粗鋅和粗鋅和1mol/l 硫酸的反應(yīng)中加入幾滴硫酸的反應(yīng)中加入幾滴cuso4溶液。溶液。 d. （ d ） 原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用： (3)比較金屬腐蝕的快慢比較金屬腐蝕的快慢 例例3： 下列各情況，在其中下列各情況，在其中fe片腐蝕由片腐蝕由快快到到慢慢的順序是的順序是 (5) (2) (1) (3) (4) 原電池

17、原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用： (4)判斷溶液判斷溶液ph值變化值變化 例例5： 在在cu-zn原電池中，原電池中，200mlh2so4 溶液的濃度為溶液的濃度為 0.125mol/l , 若工作一段時間后，從裝置中共收集到若工作一段時間后，從裝置中共收集到 0.168l升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為 mol,溶溶 液的液的ph值變值變_？（溶液體積變化忽略不計）？（溶液體積變化忽略不計） 0.2 解得：解得： y 0.015 (mol) x 0.015 (mol) 3.75 10 4(mol/l ) ph -lg3.75 10 4 4 -lg3.75 答：答： 0.015

18、根據(jù)電極反應(yīng)：根據(jù)電極反應(yīng)： 正極：正極： 負極：負極：zn2e-zn2+ 2h+2e- h2 得：得： 2 2 22.4 x y 0.168 解：解： 0.20.1252 c(h+)余 余 2h+ 2eh2 大大 0.015 原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用： 1、下列裝置中電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)的、下列裝置中電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)的 是（是（ ） 3 2、鋅銅原電池產(chǎn)生電流時，陽離子、鋅銅原電池產(chǎn)生電流時，陽離子 （ ） a 移向移向zn 極，陰離子移向極，陰離子移向cu 極極 b 移向移向cu 極，陰離子移向極，陰離子移向zn 極極 c 和陰離子都移向和陰離子都移向zn極極 d 和陰離子都移向

19、和陰離子都移向cu 極極 b abcd 正極正極zncucufe 負極負極cuznznzn 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液cucl2h2so4cuso4hcl 4、把、把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸四塊金屬片浸入稀硫酸 中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b 相連時，相連時，a為負極；為負極；c、d相連時，電流由相連時，電流由d 到到c；a、c相連時，相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，極上產(chǎn)生大量氣泡， b、d相連時，相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四上有大量氣泡產(chǎn)生，則四 種金屬的活動性順序由強到弱的為種金屬的活動性順序由強到弱的為 ( ) aa b c d ba c d

20、 b cc a b . d db d c a b 5、如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，、如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處， 用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之 平衡；小心的向燒杯中央滴入平衡；小心的向燒杯中央滴入cuso4溶溶 液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是 a. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定鐵圈和銀圈左右搖擺不定 b. 保持平衡狀態(tài)保持平衡狀態(tài) c. 鐵圈向下傾斜，銀圈向上傾斜鐵圈向下傾斜，銀圈向上傾斜 d. 銀圈向下傾斜，鐵圈向上傾斜銀圈向下傾斜，鐵圈向上傾斜d cu+ 2 agno3 = cu(no3)2 + 2ag 電極：負極是電極：

21、負極是cu，正極可以是，正極可以是ag或或c等。等。 電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式： 負極：負極：cu 2e- = cu2+ 正極：正極：2ag+ + 2e- = 2 ag 電解液：電解液： cu(no3)2 、agno3 6、利用下面反應(yīng)設(shè)計原電池選擇電極材料和電、利用下面反應(yīng)設(shè)計原電池選擇電極材料和電 解質(zhì)溶液，寫出電極方程式；并畫出原電池簡意解質(zhì)溶液，寫出電極方程式；并畫出原電池簡意 圖。圖。 cuc cu(no3) agno3 一、僅有負極材料參與反應(yīng)、僅有負極材料參與反應(yīng) 參與反應(yīng)的金屬電極本身為負極，負極參與反參與反應(yīng)的金屬電極本身為負極，負極參與反 應(yīng)的金屬失電子（先寫出負極反應(yīng)式），

22、正極是應(yīng)的金屬失電子（先寫出負極反應(yīng)式），正極是 介質(zhì)溶液中的微粒得電子（反應(yīng)一般為析氫、吸介質(zhì)溶液中的微粒得電子（反應(yīng)一般為析氫、吸 氧、析氧、析cu、ag等）。等）。 30 1、酸性較強介質(zhì)：正極一般是析氫反應(yīng)。、酸性較強介質(zhì)：正極一般是析氫反應(yīng)。 負極：負極：zn-2e-=zn2+ 正極：正極：2h+2e-=h2 總反應(yīng)：總反應(yīng)：zn+ 2h+ = h2+ zn2+ 31 六、電極方程式的書寫六、電極方程式的書寫 2 2、堿性介質(zhì)：正極一般是吸氧反應(yīng)。、堿性介質(zhì)：正極一般是吸氧反應(yīng)。 負極：負極：2fe-4e-=2fe2+或或 2fe + 2oh- 4e- = 2fe(oh)2 正極：正

23、極：o2+2h2o+4e- =4oh- 總反應(yīng)： 總反應(yīng)： 2fe+o2+2h2o = 2fe(oh)2 32 請寫出請寫出右邊原電池的右邊原電池的電極方程式。電極方程式。 總反應(yīng)方程式：總反應(yīng)方程式： 負極：負極：alal，失，失 al3+ mg al naohnaoh溶液溶液 a 拆成離子方程式：拆成離子方程式： 2al + 2oh + 2h2o = 2alo2 + 3h2 根據(jù)化合價升降判斷正負極根據(jù)化合價升降判斷正負極 2al + 2naoh + 2h2o = 2naalo2 + 3h2 3 3、接近中性介質(zhì)：正極一般是吸氧反應(yīng)。、接近中性介質(zhì)：正極一般是吸氧反應(yīng)。 負極：負極：2fe

24、 - 4e-=2fe2+ 正極：正極：o2+ 4e- + 2h2o=4oh- 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2fe+o2+2h2o = 2fe(oh)2 34 4 4、含不活潑金屬的鹽溶液為介質(zhì)：正極析出不活潑金屬、含不活潑金屬的鹽溶液為介質(zhì)：正極析出不活潑金屬 （cu、ag等）。等）。 負極：負極：fe - 2e- = fe2+ 正極：正極：cu2+ + 2e- = cu 總反應(yīng)：總反應(yīng)： fe + cu2+ = cu + fe2+ 35 判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極 反應(yīng)式。反應(yīng)式。 cu ccu c feclfecl3 3溶液溶液 負極：負極： cucu

25、失電子失電子 cu - 2ecu - 2e- - = cu = cu2+ 2+ 正極：正極： fefe3+ 3+得電子 得電子 2fe2fe3+ 3+ + 2e + 2e- - = 2fe = 2fe2+ 2+ a a cu+2feclcu+2fecl3 3 =cucl =cucl2 2 +2fecl +2fecl2 2 先寫出總反應(yīng)：先寫出總反應(yīng)：即即 負極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)負極與電解質(zhì)溶液反應(yīng) 拆成離子方程式：拆成離子方程式： cu + 2fecu + 2fe3 3 = cu = cu2 2 + 2fe + 2fe2 2 根據(jù)化合價升降判斷正負極根據(jù)化合價升降判斷正負極 四、電極方程式的書寫四、電極方程式的書寫 1.簡單原電池電極方程式的寫法簡單原電池電極方程式的寫法 請寫出請寫出右邊原電池的右邊原電池的電極方程式。電極方程式。 總反應(yīng)方程式：總反應(yīng)方程式： 負極：負極：alal，失，失 al3+ mg al naohnaoh溶液溶液 a 拆成離子方程式：拆成離子方程式： 2al + 2oh + 2h2o = 2alo2 + 3h2 根據(jù)化合價升降判斷正負極根據(jù)化合價升降判斷正負極 2al +