第一節(jié)+原電池.ppt

1、第四章 電化學(xué)基礎(chǔ),安陸一中化學(xué)組,2020/9/23,第一節(jié) 原電池,1、電化學(xué)： 2、從反應(yīng)產(chǎn)物與電流的關(guān)系分類：,閱讀教材P70 回答,研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置、過程和效率的科學(xué),產(chǎn)生電流的反應(yīng)原電池,借助電流而發(fā)生的反應(yīng)電解池,復(fù)習(xí)回顧,1、原電池是_的裝置。 原電池反應(yīng)的本質(zhì)是_反應(yīng)。,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,氧化還原反應(yīng),2、如右圖所示，組成的原電池： （1）當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀H2SO4時(shí)： Zn電極是_（填“正”或“負(fù)”）極， 其電極反應(yīng)為_，該反應(yīng) 是_（填“氧化”或“還原”，下同）反應(yīng)； Cu電極是_極，其電極反應(yīng)為 _,該反應(yīng)是_反應(yīng)。,（2）當(dāng)電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液時(shí)

2、： Zn電極 是_極，其電極反應(yīng)為_， 該反應(yīng)是_反應(yīng)；Cu電極是_極， 其電極反應(yīng)為_,該反應(yīng)是_反應(yīng).,負(fù),Zn2e- = Zn2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2,還原,負(fù),Zn2e- =Zn2+,氧化,正,Cu2+ +2e- = Cu,還原,氧化反應(yīng),Zn-2e=Zn2+,銅鋅原電池,電解質(zhì)溶液,失e，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生,還原反應(yīng),Cu2+2e- =Cu,陰離子,陽離子,總反應(yīng)：,負(fù)極,正極,Cu2+2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,(離子方程式）,電極反應(yīng),正極：,負(fù)極：,（氧化反應(yīng)）,（還原反應(yīng)）,陽離子,原 電 池 原 理,外電路,內(nèi)

3、電路,與原電池相關(guān)的概念,1.電路：,外電路,內(nèi)電路,電子流向：失電子的一極向得電子的一極,電流方向：與電子流動(dòng)方向相反,陰離子流動(dòng)方向與電子流動(dòng)方向一致,陽離子流動(dòng)方向與電流方向一致,2.電極：,正極：電子流入的一極,負(fù)極：電子流出的一極,3.電極反應(yīng)式：,正極： 2H+ 2e- H2,負(fù)極： Zn2e- Zn2+,4.總反應(yīng)式：,Zn+ 2H+ Zn2+ + H2,鋅銅原電池工作原理,提出問題： 上圖是我們?cè)诒匦?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(shí)間稍長 電流就很快減弱，因此不適合實(shí)際應(yīng)用。這是什么原因造 成的呢？有沒有什么改進(jìn)措施？,造成的主要

4、原因：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)阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。,一、對(duì)鋅銅原電 池工作原理的進(jìn)一步探究,為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)如下圖（書P71圖4-1）所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？,優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。,鹽橋制法：1)將熱的瓊膠溶液倒入U(xiǎn)形管中(注意不要產(chǎn)生裂隙)，將冷卻后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的飽和溶液中即可。2)將KCl或NH4NO3的飽和溶液裝入U(xiǎn)形管，用棉花堵住管口即可。,實(shí)驗(yàn)三（書71頁實(shí)驗(yàn)4-1）,實(shí)驗(yàn)探索,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,分析：改進(jìn)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

5、的作用是什么？,參考教材72頁 第三段,有鹽橋存在時(shí)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路。 取出鹽橋，電流計(jì)指針即回到零點(diǎn)，說明沒有電流通過。,鹽橋的作用： （1）使整個(gè)裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。,由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴(kuò)散和遷移，陽離子K+則向CuSO4溶液擴(kuò)散和遷移，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(jìn)行，一直到鋅片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。,（2）平衡電荷。 在整個(gè)裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的

6、。取出鹽橋，Zn失去電子形成的Zn2+進(jìn)入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時(shí)，CuSO4則由于Cu2+變?yōu)镃u，使得SO42-相對(duì)較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會(huì)阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。,請(qǐng)同學(xué)們思考：,上述原電池裝置是將什么反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的？指出電池的正負(fù)極，并分別寫出其中負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式以及該電池的總反應(yīng)方程式。,ZnSO4溶液 CuSO4溶液,負(fù)極（鋅片）： Zn2e- =Zn2+ （氧化反應(yīng)）,正極（銅片）： Cu2+ +2e-=Cu （還原反應(yīng)）,電池反應(yīng)（總化學(xué)方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + C

7、u,一、對(duì)鋅銅原電 池工作原理的進(jìn)一步探究,?,二、實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成條件一： 活潑性不同的兩個(gè)電極,負(fù)極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬、石墨等,（可以）,（不可以）,形成條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中,實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件,實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件,形成條件三：必須形成閉合回路,（不可以）,可以,二、組成原電池的條件,1、有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物）作電極。,2、電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。,3、兩極相連形成閉合電路。,4、內(nèi)部條件：能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。,A,B,C,D,E,F,M,N,1.下列哪

8、幾個(gè)裝置能形成原電池？,O,V,X,V,V,X,X,X,X,V,2.一個(gè)電池反應(yīng)的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,該反應(yīng)的的原電池正確組合是（ ）,C,三、原電池的正負(fù)極的判斷方法,微觀判斷 （根據(jù)電子流動(dòng)方向）,電子流出的極 電子流入的極,負(fù)極 正極,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,質(zhì)量增加的電極 工作后 質(zhì)量減少的電極,負(fù)極 正極,正極 負(fù)極,工作后，有氣泡冒出的電極為正極,發(fā)生氧化反應(yīng)的極 發(fā)生還原反應(yīng)的極,宏觀判斷： 根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生 的反應(yīng) 根據(jù)電極質(zhì)量的變化 根據(jù)電極有氣泡冒出：,負(fù)極 正極,1.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成原電

9、池時(shí)，鋅為負(fù)極，此金屬是 A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,B,2.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的pH A.不變 B先變大后變小 C逐漸變大 D.逐漸變小,C,4.X、Y、Z、M、N代表五種金屬。有以下化學(xué)反應(yīng)：水溶液中，X+Y2+=X2+Y ；Z+2H2O(冷)=Z(OH)2+H2 ；M、N為電極與N鹽溶液組成原電池，電極反應(yīng)為M-2e-=M2+；Y可以溶于稀硫酸,中，M不被稀硫酸氧化，則這五種金屬的活動(dòng)性由弱到強(qiáng)的順序是 AMNYXZ B.NMXYZ CNMYXZ D.XZNMY,C,3.把a(bǔ)、b、c、d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a、b相連時(shí)

10、，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為 Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。,Cu C,FeCl3溶液,負(fù)極： Cu 失電子 Cu-2e-=Cu2+ 正極： Fe3+得電子 2Fe3+2e-=2Fe2+,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,先寫出總反應(yīng)：即 負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng),拆成離子方程式：,Cu+2Fe3=Cu2+2Fe2,根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極,四、電極方程式的書寫,1.簡單原電池電極

11、方程式的寫法,請(qǐng)寫出右邊原電池的電極方程式。,總反應(yīng)方程式：,負(fù)極：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O,負(fù)極總反應(yīng)： 2Al +8OH-6e 2AlO2- + 4H2O,正極：總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng),6H2O 6e 6OH 3H2,拆成離子方程式：,2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2,根據(jù)化合價(jià)升降判斷正負(fù)極,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,2.燃料電池電極方程式的寫法 總反應(yīng)： 實(shí)際上就是燃料的完全燃燒。 負(fù)極（通入燃料）：為燃料失去電子的氧化反應(yīng)， 正極（通入氧化劑）：為

12、氧化劑得到電子的還原反應(yīng)。 以Pt為電極，電解質(zhì)溶液為 KOH溶液的氫氧燃料電池為例,負(fù)極總反應(yīng): 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O,正極: 總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng),總反應(yīng)：2H2+ O22H2O,負(fù)極: H2 失e,4H+ + 4OH- 4H2O,2H2 - 4e- 4H,O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,有機(jī)物堿性燃料電池,CxHyOz O2 KOH溶液 總反應(yīng)：CxHyOz+ （x+y/4 _ z/2）O2+ 2xOH- = xCO32-+(x+y/2)H2O 正極：（x+y/4 _ z/2）O2+（4x+y-2z）e- +(2x+y/2-z)H2O=(4x+y-2z)OH-

13、負(fù)極：CxHyOz -（ 4x+y-2z ）e-+（ 6x+y-2z ） OH- =xCO32-+(3x+y-z)H2O,固體燃料電池,丁烷燃料電池（固體Y2O3、ZrO2傳遞O2-） 總反應(yīng)：2C4H10+13O28CO2+10H2O 負(fù)極：2C4H10-52e-+26 O2- =8CO2+10H2O 正極：13O2+52e-=26 O2-,練習(xí)、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視。 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)?，空氣與CO2的混和氣為正極助燃?xì)?，制得?50下工作的燃料電池。完成有關(guān)的電池反應(yīng)式： 電池反應(yīng)式： 負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO3

14、2- 4CO2+4e 正極反應(yīng)式： ， 總電池反應(yīng)： 。,O22CO24e 2CO32,2CO+O2 2CO2,3.復(fù)雜原電池電極方程式的書寫 方法點(diǎn)撥：寫電極方程式的時(shí)候，要根據(jù)“得電子顯負(fù)電；失電子顯正電”的原則， 利用“電荷守恒”，通過巧用H、OH和水寫出電極方程式,PbPbO22H2SO42PbSO42H2O,練習(xí)：寫出鉛酸蓄電池的電極反應(yīng)：,Pb SO422e PbSO4,負(fù)極： Pb失電子,4H 2H2O,正極： PbO2SO42 2e PbSO4,銀鋅電池（電解質(zhì)為KOH）的電池總反應(yīng)為： Zn Ag2O ZnO 2Ag 寫出其正、負(fù)極反應(yīng)。,Zn2e ZnO,2 OH H2O,

15、Ag2O 2e 2Ag,H2O 2OH,負(fù)極：,正極：,1.高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為： 下列敘述不正確的是 A放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為： B充電時(shí)陽極反應(yīng)為： C放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2FeO4被氧化 D放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng),C,2.某可充電的鋰離子電池以LiMn2O4（次錳酸鋰）為正極，嵌入鋰的碳材料為負(fù)極，含Li+導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池反應(yīng)為： 下列敘述正確的是 A放電時(shí)，LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng) B放電時(shí)，正極反應(yīng)為Li+ + LiMn2O4 + e- =Li2Mn2O4 C充電時(shí)，

16、LiMn2O4發(fā)生氧化反應(yīng) D充電時(shí)，陽極反應(yīng)為Li+ + e- =Li,B,3.我國首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負(fù)極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。電池總反應(yīng)為： 下列敘述不正確的是 A正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH- B電池工作時(shí)，電流由鋁電極沿導(dǎo)線流向鉑電極 C以網(wǎng)狀的鉑為電極，可增大與氧氣的接觸面積 D該電池通常只需要更換鋁板就可繼續(xù)使用,B,4.一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體，在熔融狀態(tài)下能傳到O2-。下例對(duì)該燃料電池的說法正確的是： A在熔融電解質(zhì)中，O2-由負(fù)極移向正極 B電池的總反應(yīng)是2C4

17、H10+13O28CO2+10H2O C通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為O2+4e-=2O2- D通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O,BC,5、化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。 1.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應(yīng)可以表示為： Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2 已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸，以下說法中正確的是 ( ) 以上反應(yīng)是可逆反應(yīng) 以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng) 充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?A B C D ,B,(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。,例1：

18、,下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是,C.將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極；,A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有H2氣放出；,B.在氧化還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；,D.同價(jià)態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；,C,五、原電池原理應(yīng)用：,(2)比較反應(yīng)速率,例2 ：,下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是,粗鋅和 1mol/L 鹽酸；,B.,A.,純鋅和1mol/L 硫酸；,純鋅和18 mol/L 硫酸；,C.,粗鋅和1mol/L 硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。,D.,D,五、原電池原理應(yīng)用：,(3)比較金屬腐蝕的快慢,五、原電池原理應(yīng)用：,例3：,下列裝置中四塊相同的Z

19、n片，放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是,(4),(2),(1),(3),(4)判斷溶液pH值變化,例4：,在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為0.125mol/L , 若工作一段時(shí)間后，從裝置中共收集到 0.168L氣體，則流過導(dǎo)線的電子為 mol,溶液的pH值變_？（溶液體積變化忽略不計(jì)）,0.2,解得：,y 0.015 (mol),x 0.015 (mol),3.75 10 4(mol/L ),pH -lg3.75 104,4 -lg3.75,答：,0.015,根據(jù)電極反應(yīng)：,正極：,負(fù)極：,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y

20、0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,大,0.015,五、原電池原理應(yīng)用：,(5)原電池原理的綜合應(yīng)用,例5：市場上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等。 “熱敷袋”啟用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時(shí)，打開塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量。使用完后，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在。 “熱敷袋”是利用 放出熱量。 2)炭粉的主要作用是 。 3)加入氯化鈉的主要作用是 。 4)木屑的作用是,鐵被氧化,與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成原電池，加速鐵屑的氧化,氯化鈉溶于水、形成電解質(zhì)溶液,使用“熱敷袋”時(shí)受熱均勻,五、原電池原理應(yīng)用：,【例6】 (2011浙江)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓圈中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b)，如圖所示。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣處少。下列說法正確的是(),A液滴中的Cl由a區(qū)向b區(qū)遷移 B液滴邊緣是正極區(qū)，發(fā)生的電極反應(yīng)為： O22H2O4e4OH C液滴下的Fe因發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕，生成的