化學(xué)選修人教新課標(biāo)原電池課件

1、 本章教材內(nèi)容共分四節(jié)。第一節(jié)“原電池”，具體內(nèi)容包括帶有鹽橋的較復(fù)雜的原電池、原電池的構(gòu)成和反應(yīng)原理、設(shè)計原電池、選用正負(fù)極的原則；第二節(jié)“化學(xué)電源”，主要講述了電池選用的標(biāo)準(zhǔn)，一次電池、二次電池和燃料電池的反應(yīng)原理；第三節(jié)“電解池”，主要介紹了電解的原理、電解飽和食鹽水、電鍍、銅的電解精煉以及電冶金制取活潑金屬的知識；第四節(jié)“金屬的電化學(xué)腐蝕的反應(yīng)原理”，具體介紹了犧牲陽極的陰極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法。 本章主要研究的是化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置、過程和效率，內(nèi)容應(yīng)用領(lǐng)域廣，由此形成的工業(yè)很多，如電解、電鍍、電冶金、電池制造等。本章著重研究化學(xué)反應(yīng)與電能的關(guān)系，屬于熱力學(xué)研究的范疇，

2、是中學(xué)化學(xué)中的重要理論知識。 本章著重研究化學(xué)反應(yīng)與電能的關(guān)系，是電化學(xué)的重點內(nèi)容，學(xué)習(xí)時應(yīng)注意以下幾點： 1注意本章新舊知識間的聯(lián)系，抓住原電池、電解池、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化等知識之間的聯(lián)系，并進(jìn)行對比。 2注意實驗現(xiàn)象的觀察和分析，有利于增強探索化學(xué)反應(yīng)原理的興趣，樹立學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的志向。 3建立學(xué)科間的聯(lián)系，注意電化學(xué)知識在實際中的應(yīng)用，做到學(xué)以致用。 【本章重點】電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式的書寫；一次電池、二次電池和燃料電池的反應(yīng)原理、性能及其應(yīng)用；電解池的工作原理及其應(yīng)用；金屬的電化學(xué)腐蝕及金屬的電化學(xué)防護(hù)。 【本章難點】原電池的工作原理；化學(xué)電池的工作原理；電解池的工

3、作原理；金屬的吸氧腐蝕。 第一節(jié)原電池 1了解原電池的工作原理及構(gòu)成條件。 2能夠正確判斷原電池的正負(fù)極。 3能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。 4鹽橋在原電池中的應(yīng)用。 一、原電池 1原電池定義 原電池：將_轉(zhuǎn)化為_的裝置。 2氧化還原的本質(zhì)是_與_之間發(fā)生_的過程，通常氧化還原反應(yīng)中并不能獲得電流，要使能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽鸵O(shè)計_，使_反應(yīng)和_反應(yīng)分別在_進(jìn)行。 3原電池的電極：負(fù)極：電子_的一極，發(fā)生_反應(yīng)的一極，電流_的一極。正極：電子_的一極，發(fā)生_反應(yīng)的一極，電流_的一極。 4構(gòu)成原電池的條件：_；_；_，有明顯電流產(chǎn)生時需具備此條件；形成_。 二、銅鋅原電池 1電極名稱及電極反

4、應(yīng) 鋅片：_極，電極反應(yīng)式為_(_反應(yīng))； 銅片：_極，電極反應(yīng)式為_(_反應(yīng))。 總化學(xué)方程式：_。 2由兩個半電池組成原電池的工作原理 (1)在此類電池中，用_的物質(zhì)作為負(fù)極，負(fù)極向外電路提供電子；用_的物質(zhì)作為正極，正極從外電路得到電子。 (2)在原電池的內(nèi)部，兩極浸在電解質(zhì)溶液中，并通過正負(fù)離子的定向運動而形成_。放電時，負(fù)極上的電子通過導(dǎo)線流向_，再通過溶液中離子形成的內(nèi)電路構(gòu)成環(huán)路。 (3)原電池輸出電能的能力，取決于_。 答案： 一、1.化學(xué)能電能 2氧化劑還原劑電子轉(zhuǎn)移原電池氧化，還原不同區(qū)域 3流出氧化流入流入還原流出 4活潑性不同的兩個電極負(fù)極：較活潑的金屬；正極：較不活潑

5、的金屬或非金屬導(dǎo)體石墨等電極需插在電解質(zhì)溶液中原電池形成過程中必須有電子轉(zhuǎn)移，所以要求必須存在一個氧化還原反應(yīng)閉合電路 二、1.負(fù) Zn2eZn2氧化 正Cu22eCu還原 ZnCu2CuZn2 2(1)還原性較強氧化性較強 (2)內(nèi)電路正極 (3)組成原電池的反應(yīng)物的氧化還原能力 1某中學(xué)興趣小組為了體驗水果電池電流的存在進(jìn)行了下列裝置的實驗。用蘋果一只，鋁片和鋅片各一片，電流計一只，按圖連接好。在實驗前，先用砂紙擦去表面的氧化膜，實驗時保持兩金屬插在蘋果上不能直接接觸。 你知道在上述水果電池中，電流的強弱與兩極的距離有什么關(guān)系嗎？影響電流的因素還可能有哪些呢？ 提示：距離越近，電流越大。另

6、外，電流大小還與兩金屬片寬度以及兩電極金屬相對強弱等因素有關(guān)。 2鹽橋在原電池中有何作用？ 提示：(1)作用：使兩個半電池中的溶液連成一個通路。 (2)優(yōu)點：使原電池中氧化劑和還原劑近乎完全隔離，并在不同區(qū)域之間實現(xiàn)了電子的定向移動，使原電池能持續(xù)、穩(wěn)定地產(chǎn)生電流。 3鹽橋是裝有飽和KCl瓊脂溶膠的 U 形管，溶液不致流出來，但離子則可以在其中自由移動。試推斷，鹽橋中是通過什么微粒的定向移動使整個裝置構(gòu)成回路的？ 提示：是溶在瓊脂溶膠中的電解質(zhì)電離出的陰陽離子，在電場中做定向移動的結(jié)果，在此要特別注意的是鹽橋中的電解質(zhì)不會(或很少)進(jìn)入相連的兩池中。 4鎂、鋁和NaOH溶液組成原電池，作負(fù)極的

7、應(yīng)該是哪種金屬？為什么？ 提示：原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。哪個電極與電解質(zhì)溶液更易反應(yīng)而失電子，就是原電池的負(fù)極，不一定是較活潑的金屬作負(fù)極，而要看是否發(fā)生氧化反應(yīng)。鎂、鋁和NaOH溶液組成原電池中，鋁能與NaOH溶液反應(yīng)，而鎂盡管較為活潑但它不與NaOH溶液反應(yīng)，所以鋁為原電池的負(fù)極。 5為什么實驗室用鋅與稀H2SO4反應(yīng)制H2，其他條件相同的條件下，用粗鋅產(chǎn)生H2的速率會更快？ 提示：形成鋅|稀H2SO4|雜質(zhì)金屬的原電池，所以反應(yīng)速率會更快。 氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是反應(yīng)物之間電子的轉(zhuǎn)移，但是在通常的氧化還原反應(yīng)中并不能獲得電流。如將鋅片放在CuSO4

8、溶液中，可以看到銅被鋅置換出來，并放出熱量，其反應(yīng)為：Cu2ZnZn2Cu。在此反應(yīng)中，鋅原子把電子直接給了在溶液中與之接觸的Cu2，被氧化成Zn2，進(jìn)入溶液；而Cu2在鋅片上直接得到電子，被還原成銅(相當(dāng)于短路)，得不到電流。 一、原電池結(jié)構(gòu)及工作原理 1原電池的概念 (1)原電池的定義：能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。 (2)原電池的電極。 負(fù)極：發(fā)生氧化反應(yīng)，電子流出(流向正極)的一極。 正極：發(fā)生還原反應(yīng)，電子流入(來自負(fù)極)的一極。 (3)原電池中電荷的移動。 在氧化還原反應(yīng)的過程中，在外電路(電解質(zhì)溶液以外)，電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線(包括電流計和其他用電器)流向正極，使負(fù)極呈正電性

9、趨勢，正極呈負(fù)電性趨勢。由電性作用原理可知，在內(nèi)電路(電解質(zhì)溶液中)，陽離子(帶正電荷)向正極移動，陰離子(帶負(fù)電荷)向負(fù)極移動。這樣就形成了電荷連續(xù)定向移動，電性趨向平衡的閉合電路。 若化學(xué)反應(yīng)的過程中有電子轉(zhuǎn)移，我們就可以把這個過程中的電子轉(zhuǎn)移設(shè)計成定向移動，即形成電流。所以只有氧化還原反應(yīng)中的能量變化才能被轉(zhuǎn)化成電能；非氧化還原反應(yīng)中的能量變化不能設(shè)計成電池的形式被人類利用，但可以以光能、熱能等其他形式的能量被人類應(yīng)用。 2組成原電池的條件 (1)有兩種活動性不同的金屬(或一種非金屬導(dǎo)體)作電極。 (2)電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。 (3)兩極相連形成閉合回路。 (4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還

10、原反應(yīng)。 說明：原電池中，負(fù)極的金屬性比正極的金屬性強。 形成閉合回路的方式有多種，可以是導(dǎo)線連接兩個電極，也可以是兩電極直接接觸。如圖所示： 案例精析 【例1】如圖所示裝置中，能組成原電池的是 () 解析構(gòu)成原電池的條件是有電解質(zhì)溶液；兩個活潑性不同的電極相連接或相互接觸并插入電解質(zhì)溶液中；能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)；形成閉合電路。A中酒精是非電解質(zhì)，D中兩電極相同。故正確答案為BC。 答案BC 如圖所示裝置不是原電池的是() 解析A中兩個電極活潑性相同。A裝置不是原電池裝置，D裝置中，兩個電極活性不同，且有導(dǎo)線相連，又有電解質(zhì)溶液，卻沒能形成閉合回路。B、C符合原電池的條件。故正確答案為AD

11、。 答案AD 1.實驗設(shè)計 (1)按照圖1中所示裝置進(jìn)行實驗。觀察兩個金屬片插入溶液后檢流計指針位置的變化、金屬電極表面的變化及溶液溫度的變化，分析是否有電流產(chǎn)生。 (2)按照圖2組裝實驗裝置。觀察反應(yīng)過程中檢流計指針位置的變化，判斷是否有電流產(chǎn)生，并觀察電極表面以及溶液溫度的變化。 注意：鹽橋是將熱的瓊脂溶液(可以是KCl溶液或NH4NO3溶液)倒入U形管中(不能產(chǎn)生裂隙)，將冷卻后的U形管浸泡在KCl 飽和溶液或NH4NO3飽和溶液中制得。離子在鹽橋中能定向移動，通過鹽橋?qū)蓚€隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)。 2實驗記錄(見下表)電流產(chǎn)生情況電極表面變化情況溫度變化情況能量變化

12、情況(1)有電流產(chǎn)生鋅片質(zhì)量減少，同時Cu 片上有紅色物質(zhì)析出，Cu片質(zhì)量增加溶液溫度升高化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能、熱能 3.實驗分析 (1)對于該裝置所示原電池： Zn片：Zn2eZn2(氧化反應(yīng))； Cu片：Cu22eCu(還原反應(yīng))； 同時在Zn片上，Zn可直接與CuSO4溶液反應(yīng)，生成Cu與ZnSO4，因此該裝置中既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時也有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。 (2)對于該裝置所示原電池： 鋅片：負(fù)極Zn2eZn2(氧化反應(yīng))； 銅片：正極Cu22eCu(還原反應(yīng))； 總化學(xué)方程式：ZnCu2CuZn2。 4實驗原理分析 當(dāng)有鹽橋存在時，在ZnSO4溶液中，Zn片逐漸溶解，即Zn被氧化，鋅原

13、子失去電子，形成Zn2進(jìn)入溶液，從鋅片上釋放出的電子，經(jīng)過導(dǎo)線流向銅片，CuSO4溶液中的Cu2從銅片上得到電子，還原成為金屬銅并沉積在銅片上，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，左邊燒杯溶液中c(Zn2)增大，右邊燒杯中c(Cu2)減小，此時，鹽橋中的Cl會移向ZnSO4溶液，K移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和 CuSO4溶液均保持電中性，氧化還原反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，從而使原電池不斷地產(chǎn)生電流。其工作原理可用如圖所示流程圖表示： 案例精析 【例2】下列關(guān)于原電池的敘述中正確的是() A構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬 B原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 C原電池中電子流出的一極是負(fù)極，該極被還原

14、D原電池工作時，電流的方向是從負(fù)極到正極 解析構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極可以是兩種不同的金屬，也可以是金屬和能導(dǎo)電的非金屬，所以A錯誤；原電池中電子流出的一極是負(fù)極，該極被氧化，所以C錯誤；原電池工作時，電流的方向是從正極到負(fù)極，則D錯誤，故正確答案為B。 答案B 在如右圖所示的檸檬水果電池中，外電路上的電流從電極X流向電極Y。若X為鐵，則Y可能是() A鋅B石墨 C銀D銅 解析電流的方向與電子的移動方向相反，則電子由電極Y流向電極X，因此Y電極的活潑性強于鐵，故Y電極只能為選項中的鋅。 答案A 1.原電池正、負(fù)極的判斷方法： (1)由組成原電池的兩極材料判斷。 一般是活潑的金屬為負(fù)極，活潑性較弱

15、的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。 (2)根據(jù)電流方向或電子流動方向判斷。 電流由正極流向負(fù)極；電子由負(fù)極流向正極。 (3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的流動方向判斷。 在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。 (4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷。 原電池的負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。 (5)電極增重或減輕。 工作后，電極質(zhì)量增加，說明溶液中的陽離子在電極(正極)放電，電極活動性弱；反之，電極質(zhì)量減小，說明電極金屬溶解，電極為負(fù)極，活動性強。 (6)有氣泡冒出。 電極上有氣泡冒出，是因為發(fā)生了析出H2的電極反應(yīng)，說明電極為正極，活動性弱。 2原電池電極反應(yīng)式

16、和總反應(yīng)式的書寫 (1)題目給定原電池的裝置圖，未給總反應(yīng)式： 首先找出原電池的正、負(fù)極，即分別找出氧化劑和還原劑。 結(jié)合介質(zhì)判斷出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。 寫出電極反應(yīng)式(注意兩極得失電子數(shù)相等)，將兩電極反應(yīng)式相加可得總反應(yīng)式。 (2)題目中給出原電池的總反應(yīng)式： 分析原電池總反應(yīng)式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應(yīng)的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應(yīng)即為正極反應(yīng)；找出還原劑及其對應(yīng)的氧化產(chǎn)物，還原劑參加的反應(yīng)即為負(fù)極反應(yīng)。 當(dāng)氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時，還應(yīng)注意介質(zhì)的反應(yīng)。 若有一電極反應(yīng)較難寫出，可先寫出較易寫出的電極反應(yīng)，然后再利用總反應(yīng)式減去該電極反應(yīng)即得到另

17、一電極反應(yīng)。 說明：在書寫電極反應(yīng)式時要注意哪些方面？ 1兩極得失電子數(shù)目相等； 2電極反應(yīng)式常用“”不用“ ”表示； 3電極反應(yīng)式中若有氣體生成，需加“”；而弱電解質(zhì)或難溶物均以分子式表示，其余以離子符號表示； 4寫電極反應(yīng)式時要保證電荷守恒、元素守恒，可在電極反應(yīng)式一端根據(jù)需要添加H或OH或H2O； 5兩電極反應(yīng)、電池總反應(yīng)的三個方程式，若已知其中兩個，可由方程式的加減得到第三個。 案例精析 【例3】(2009湖北聯(lián)考，19)鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。 (1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：_。 (2)若將(1)中的

18、反應(yīng)設(shè)計成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。 正極反應(yīng)_， 負(fù)極反應(yīng)_。 解析根據(jù)氧化還原反應(yīng)2Fe3Cu2Fe2Cu2設(shè)計原電池，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Cu失電子，正極選擇比Cu活潑性弱的金屬或碳棒，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液。 答案(1)2Fe3Cu2Fe2Cu2 (2)裝置圖： 正極反應(yīng)：2Fe32e2Fe2， 負(fù)極反應(yīng)：Cu2eCu2 點評設(shè)計原電池時，總反應(yīng)式中化合價升高的金屬作負(fù)極，正極選擇比負(fù)極金屬活潑性弱的金屬或碳棒，總反應(yīng)式中與負(fù)極金屬反應(yīng)的物質(zhì)作電解質(zhì)。 (2008廣東高考)用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、Ag-NO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂K

19、NO3的U型管)構(gòu)成一個原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是() 在外電路中，電流由銅電極流向銀電極 正極反應(yīng)為：AgeAg 實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作 將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同 AB C D 解析該原電池中Cu作負(fù)極，Ag作正極，負(fù)極反應(yīng)式為Cu2eCu2，正極反應(yīng)式為AgeAg，因此對；在外電路中，電子由Cu電極流向Ag電極，而電流方向與電子流向相反，所以錯；沒有鹽橋，原電池不能繼續(xù)工作，所以錯；無論是否為原電池，反應(yīng)實質(zhì)相同，均為氧化還原反應(yīng)，所以對。 答案C 設(shè)計一原電池,實現(xiàn)總離子反應(yīng)為：2Fe3Fe3Fe2。說出正負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液，

20、并寫出電極反應(yīng)式，畫出裝置圖。 解析負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e2eFe2，故負(fù)極材料為Fe。正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)e3eFe2，故正極材料為惰性電極C(石墨)。 答案正極為C，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液。 電極反應(yīng)式如下： 正極(C)：2Fe32e2Fe2 負(fù)極(Fe)：Fe2eFe2 裝置如下圖所示。 1.利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池。 2改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣。 3進(jìn)行金屬活動性強弱比較。 4電化學(xué)保護(hù)法，即金屬作為原電池的正極而受到保護(hù)，如在鐵器表面鍍鋅。 5解釋某些化學(xué)現(xiàn)象。 案例精析 【例4】將甲、乙兩種金屬的性質(zhì)相比較，已知甲跟

21、水反應(yīng)比乙與水反應(yīng)劇烈；甲單質(zhì)能從乙的鹽溶液中置換出單質(zhì)乙；甲的最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性比乙的最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性強；與某金屬反應(yīng)時甲原子得電子數(shù)目比乙的多；以甲、乙兩金屬為電極構(gòu)成原電池，甲作負(fù)極。能說明甲的金屬性比乙強的是() A B C D 解析金屬的金屬性越強，金屬的還原性也就越強，則在反應(yīng)時越易失去電子。而中的表述指的是甲原子的氧化性，則甲原子不屬于金屬原子，不符合要求。中兩種金屬作電極，一般是較活潑的金屬作負(fù)極，但也要具體問題具體分析，如Mg比Al活潑，Mg、Al、NaOH溶液組成原電池時，Al作負(fù)極。 答案A 點評金屬性強弱的比較方法：(1)金屬越易與水或酸反應(yīng)置換出

22、氫氣，其金屬性越強；(2)金屬最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性越強，其金屬性越強；(3)活潑金屬置換不活潑金屬。 根據(jù)下列事實：(1)AB2A2B；(2)D2H2OD(OH)2H2；(3)以B、E為電極與E的鹽溶液組成原電池，電極反應(yīng)為E22eE和B2eB2。由此可知A2、B2、D2、E2的氧化性強弱順序為() AD2A2B2E2 BA2B2D2E2 CD2E2A2B2 DE2B2A2D2 解析由反應(yīng)(1)可得氧化性：B2A2， 由反應(yīng)(2)可知D為非常活潑的金屬，故其陽離子的氧化性很弱；由反應(yīng)(3)可知氧化性：E2B2，綜合分析，氧化性強弱順序為：E2B2A2D2。 答案D 1991年我國首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流