人教版化學(xué)選修四-原電池課件

1、新課標人教版選修四化學(xué)反應(yīng)原理新課標人教版選修四化學(xué)反應(yīng)原理第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)1 1原電池原電池2 2化學(xué)電源化學(xué)電源4 4金屬的電化學(xué)腐蝕與防護金屬的電化學(xué)腐蝕與防護電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)3 3電解池電解池氧化還氧化還原反應(yīng)原反應(yīng)化學(xué)能轉(zhuǎn)化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，自為電能，自發(fā)進行發(fā)進行電能轉(zhuǎn)化為電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，外化學(xué)能，外界能量推動界能量推動知識結(jié)構(gòu)知識結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 原電池原電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫 原電池原電池要解決的問題：要解決的問題：1. 什么是什么是原電池？原電池？2. 原電池的原電池的工作原理？工作原理？（電子的流向、電流的流向、離子

2、的流向、形（電子的流向、電流的流向、離子的流向、形成條件、電極的判斷、電極反應(yīng)的寫法）成條件、電極的判斷、電極反應(yīng)的寫法）原電池及其工作原理：原電池及其工作原理：1.定義：定義： . .電極名稱：電極名稱：原電池原電池相對活潑的電極為負極相對活潑的電極為負極相對不活潑的電極為正極相對不活潑的電極為正極3.3.電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：原電池原電池負極：負極：正極：正極：失電子的氧化反應(yīng)失電子的氧化反應(yīng)得電子的還原反應(yīng)得電子的還原反應(yīng)從理論上說，任何一個自發(fā)的氧化從理論上說，任何一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計成原電池。還原反應(yīng)均可設(shè)計成原電池?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置為原電池?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置為原

3、電池。活動探究活動探究1實驗組別組組組組組組組組蜂鳴器蜂鳴器區(qū)別區(qū)別結(jié)論結(jié)論響響響響兩極材料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響響不響不響負極：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：MgCu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)溶液中溶液中活動探究活動探究2蜂鳴器蜂鳴器組組組組組組響響區(qū)別區(qū)別結(jié)論結(jié)論響響不響不響蜂鳴器蜂鳴器組組組組響響區(qū)別區(qū)別結(jié)論結(jié)論不響不響電解質(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質(zhì)溶液必

4、須形成形成閉合閉合回路回路活動探究活動探究3：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）。5.5.定向移動方向定向移動方向：電子、離子：電子、離子原電池原電池“負極給出電子，并流向正極負極給出電子，并流向正極”必發(fā)生必發(fā)生失電子失電子

5、的的氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)必發(fā)生必發(fā)生得電子得電子的的還原反應(yīng)還原反應(yīng)1.電路：電路：外電路外電路內(nèi)電路內(nèi)電路電子流向：負極流向正極電子流向：負極流向正極電流方向：正極流向負極電流方向：正極流向負極陰離子流向負極陰離子流向負極陽離子流向正極陽離子流向正極2.電極：電極：正極：電子流入的一極正極：電子流入的一極負極：電子流出的一極負極：電子流出的一極3.電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式：正極：正極： 2H+ 2e- H2負極：負極： Zn2e- Zn2+4.總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：Zn+ 2H+ Zn2+ + H2例例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？CuFeH2SO4CuZnH2SO4

6、CuFeNaCl溶溶液液CuFeNaCl溶液溶液CuZn酒酒精精CuZnH2SO4H2SO4ABCDEFMnZnZ4OS2HNnZCu4OS2Cu CuSO4例例2. 在盛有稀在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的鋅片和銅片，下列敘述正導(dǎo)線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是確的是( )(A)正極附近的正極附近的SO42 離子濃度逐漸增大離子濃度逐漸增大 (B)電子通過導(dǎo)線由銅片流向鋅片電子通過導(dǎo)線由銅片流向鋅片(C)正極有正極有O2逸出逸出 (D)銅片上有銅片上有H2逸出逸出D1.1.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，

7、鋅為負極，此金屬是鋅組成原電池時，鋅為負極，此金屬是( )( )A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.Mg B.Fe C.Al D.Cu2.2.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質(zhì)由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質(zhì)溶液的溶液的 pH( )pH( )A.A.不變不變 B B先變大后變小先變大后變小 C C逐漸變大逐漸變大 D.D.逐漸變小逐漸變小C練習(xí)練習(xí)：1.1.下列裝置中能組成原電池形成電流的是下列裝置中能組成原電池形成電流的是( ( ) )AZnCuH2SO4CuZnA酒精酒精ZnH2SO4ACuH2SO4ACuCuH2SO4負極負極正極正極Zn-2e-=Zn2+2H+ +2

8、e-=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-電流方向電流方向小結(jié)小結(jié)？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(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片置于稀硫酸中學(xué)習(xí)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

9、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？討論：討論：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。這種作用稱為阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。極化作用。 對鋅銅原電對鋅銅原電 池工作原理的進一步探究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

10、？(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。ZnSO4Zn CuCuSO4A（）鹽橋的作用是什么？（）鹽橋的作用是什么？可可提供定向移動的陰陽離子提供定向移動的陰陽

11、離子，使由它連接的兩溶液保持使由它連接的兩溶液保持電中性電中性，鹽橋保障了電子通，鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移，使鋅的溶解和銅的析出移，使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進行。過程得以繼續(xù)進行。 導(dǎo)線的作用是傳遞電子，導(dǎo)線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內(nèi)電路。則是溝通內(nèi)電路。. 雙液原電池的工作原理雙液原電池的工作原理（有關(guān)概念）（有關(guān)概念）（）鹽橋中裝有飽和的（）鹽橋中裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的溶液和瓊脂制成的膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出 鹽橋的作用：鹽橋的作用：（1

12、 1）形成閉合回路。）形成閉合回路。（2）平衡電荷。）平衡電荷。(3)雙液原電池雙液原電池的的優(yōu)點：優(yōu)點：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。定的電流。原電池原電池雙液雙液鋅半電池鋅半電池銅半電池銅半電池返回mACuZn2+Cu2+SO4 2-SO4 2-ZnK+Cl-Zn2+mAZn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu氧化反應(yīng)鹽橋還原反應(yīng)+負極正極把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進行，再以適把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進行，再以適當方式連接，可以獲得電流。當方式連接，可以獲得電流。1、依探究實驗的原理，按以、依探究實驗的原理，按以下反應(yīng)設(shè)計一個能持下反應(yīng)設(shè)計一個能持續(xù)產(chǎn)生電流的原

13、電池裝置，畫出裝置圖。續(xù)產(chǎn)生電流的原電池裝置，畫出裝置圖。 Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag課堂練習(xí)課堂練習(xí)AgNO3Ag CuCu(NO3)2A說明：鹽橋為含有瓊膠說明：鹽橋為含有瓊膠的的KNO3飽和溶液飽和溶液243.判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，說明理判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，說明理由；若是，指出正負極名稱并寫出電極反應(yīng)式。由；若是，指出正負極名稱并寫出電極反應(yīng)式。CuCl2FeCl3ACuC4.依據(jù)反應(yīng)：依據(jù)反應(yīng)：2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s)設(shè)計的原電池如圖所示。設(shè)計的原電池如圖所示。請回答下列問題：請回答下列

14、問題：（1）電極）電極X的材料是的材料是_；電解質(zhì)溶液；電解質(zhì)溶液Y是是_；（2）銀電極為電池的）銀電極為電池的_極，發(fā)生的電極反應(yīng)為極，發(fā)生的電極反應(yīng)為_；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為 _。（3）外電路中的電子是從）外電路中的電子是從_電極流向電極流向_電電極。極。銅銅AgNO3正正2Ag+ +2e-=2AgCu-2e-=Cu2+AgCu26電池電極反應(yīng)式的類型電電池池僅有負極材料僅有負極材料參與反應(yīng)參與反應(yīng)兩電極材料均兩電極材料均參與反應(yīng)參與反應(yīng)兩電極材料均兩電極材料均不參與反應(yīng)不參與反應(yīng)由NordriDesign提供電池電極反應(yīng)式的書寫電池電極反應(yīng)式的書寫先寫出總反應(yīng)，

15、再寫出某一個簡單的半先寫出總反應(yīng)，再寫出某一個簡單的半反應(yīng)，用總反應(yīng)反應(yīng)，用總反應(yīng) 減去半反應(yīng)就得到另一減去半反應(yīng)就得到另一個半反應(yīng)個半反應(yīng)規(guī)則：規(guī)則：28一、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），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）。291、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+

16、 正極：正極：2H+2e-=H2 總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+ 2H+ = H2+ Zn2+302 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：正極：O2+2H2O+4e- =4OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2313 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 - 4e-=2Fe2+ 正極：正極：O2+ 4e- + 2H2O=4OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2Fe+O2+2H2O = 2Fe

17、(OH)2324 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+ 練習(xí)：請寫出右邊原電池的練習(xí)：請寫出右邊原電池的電極電極方程式方程式總反應(yīng)方程式：總反應(yīng)方程式：負極：負極：AlAl，失，失 Al3+ Mg AlNaOHNaOH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

18、極2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H234二、二、 電極材料本身均不參與反應(yīng)電極材料本身均不參與反應(yīng) 兩電極均為惰性電極，常見于燃料電池。兩電極均為惰性電極，常見于燃料電池。 1 1、酸性介質(zhì)、酸性介質(zhì) 氫氧燃料電池氫氧燃料電池 2H2+O2=2H2O 負極：負極：2H2 - 4e-=4H+ 正極：正極：O2+ 4H+ + 4e-=2H2O a. 應(yīng)考慮電解質(zhì)對電極反應(yīng)的影響應(yīng)考慮電解質(zhì)對電極反應(yīng)的影響 b. 介質(zhì)為酸性溶液時，反應(yīng)式兩邊不能出現(xiàn)介質(zhì)為酸性溶液時，反應(yīng)式兩邊不能出現(xiàn)OH-離子離子 c. H+寫在正極的反應(yīng)物中寫在正極的反應(yīng)物中352、堿性介質(zhì)、堿

19、性介質(zhì) 氫氧燃料電池氫氧燃料電池 2H2+O2=2H2O 負極：負極：2H2+ 4OH- - 4e-=4H2O 正極：正極：O2 + 2H2O + 4e- =4OH-363 3、當電解質(zhì)溶液接近中性時、當電解質(zhì)溶液接近中性時 氫氧燃料電池氫氧燃料電池 2H2+O2=2H2O 負極：負極：2H2-4e-=4H+ 正極：正極：O2+2H2O+4e-=4OH-37 例一 有人設(shè)計出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確嗎？1.負極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為 O2+2H2O+4e-=4OH- 2.負極上CH4失去電子，電極反應(yīng)

20、式CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O38三、兩電極材料均參與反應(yīng) 兩電極材料通常由金屬和金屬化合物構(gòu)成。兩電極材料通常由金屬和金屬化合物構(gòu)成。 1、酸性介質(zhì)、酸性介質(zhì) 鉛蓄電池鉛蓄電池 ： Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 負極：負極：Pb + SO42- 2e- = PbSO4 正極：正極：PbO2+ SO42- + 4H+ + 2e-= PbSO4 + 2H2O a. 應(yīng)考慮電解質(zhì)對電極的影響（如生成難溶物等）應(yīng)考慮電解質(zhì)對電極的影響（如生成難溶物等） b. 介質(zhì)為酸性溶液時，反應(yīng)式兩邊不能出現(xiàn)介質(zhì)為酸性溶液時，反應(yīng)式兩邊不能出現(xiàn)OH- c. H+寫在正極的

21、反應(yīng)物中寫在正極的反應(yīng)物中392、堿性介質(zhì)、堿性介質(zhì) 愛迪生蓄電池愛迪生蓄電池 ： Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2 + Ni(OH)2 負極：負極：Fe + 2OH- 2e-= Fe(OH)2 正極：正極：NiO2+ 2H2O + 2e-=Ni(OH)2 + 2OH- a. 反應(yīng)式兩邊不能出現(xiàn)反應(yīng)式兩邊不能出現(xiàn)H+離子離子 b. OH-寫在負極的反應(yīng)物中寫在負極的反應(yīng)物中1.1.利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池；利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池；2.2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣；酸反應(yīng)制取氫氣；3.3.進行金屬活動性強弱比較；

22、進行金屬活動性強弱比較；4.4.電化學(xué)保護法，即將金屬作為原電池的正極電化學(xué)保護法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。五、原電池的主要應(yīng)用：五、原電池的主要應(yīng)用：5.5.解釋某些化學(xué)現(xiàn)象解釋某些化學(xué)現(xiàn)象(1)比較金屬活動性強弱。比較金屬活動性強弱。例例1： 下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2氣放出；氣放出；B.在氧化在氧

23、化還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；（C）原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：(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)原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：例例4：下列裝置中四塊相同的下列裝置中四塊