高中化学 专题一 第二单元 第一节 原电池的工作原理课件 苏教版选修4[共42页]

1、第一节 原电池的工作原理,专题1 化学反应与能量变化,第二单元 化学能与电能的转化,设疑请根据你的经验猜想Zn与CuSO4溶液的反应是吸热反应还是放热反应？并设计实验方案加以证明,活动与探究一,向盛有30ml 1.0mol/LCuSO4溶液的小烧杯中,加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度计的变化,现象,温度迅速上升，有红色物质析出,结论,Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu,创设情景,除了可以将该反应放出的能量转化为热能之外，还能通过该反应将化学能转化为什么能量,一、原电池,1、原电池,2、原电池工作原理,氧化还原反应,把化学能转化为电能的装置,知识回顾,判断下列装置能否构成原电池，

2、思考原电池的构成条件,练习,形成原电池的一般条件,0）前提条件：有自发的氧化还原反应,1）有两种活泼性不同的导电材料作电极 (不同的金属或金属与非金属导体,2）两个电极必须插入电解质溶液中,3）两极相连形成闭合回路 （用导线连接或电 极直接接触,二、原电池的正负极的判断方法,电子流出的极 电子流入的极,负极 正极,较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料,质量增加的电极 工作后 质量减少的电极,负极 正极,正极 负极,工作后，有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应的极 发生还原反应的极,负极 正极,三、原电池电极反应式的书写,1、确定原电池正负极，以及两极上发生反应的物质，负极发生氧化反应，正极发生

3、还原反应 2、重视介质是否参加反应，注意两极得失电子总数相等 3、将两极电极反应式相加即得原电池的总反应式,活动与探究二,如教材P13图1-8所示，向盛有30ml1.0mol/LCuSO4溶液和 30ml1.0mol/L的ZnSO4溶液分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液，观察现象,现象,电流计指针发生偏转 锌片变薄 铜片变厚,结论,负极：Zn-2e-=Zn2,正极：Cu2+2e-=Cu,一、原电池的工作原理,电路,外电路,内电路,电子流向：由失电子的一极向得电子的一极 （即负极正极,电流方向：与电子流向相反,阴离子流向与电子流向一致,阳离子流向与电

4、流一致,2.电极,负极：电子流出的一极,正极：电子流入的一极,3.电极反应式,负极（氧化反应）： Zn2e-Zn2,正极（还原反应）： Cu2+2e-=Cu,4.总反应式（氧化还原反应,Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu,一、原电池的工作原理,盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液的琼脂,思考： 1、盐桥的作用是什么,1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 （2）平衡电荷 （保证其连接的两个半电池中的电解质溶液呈电中性,2、 此电池的优点,能产生持续、稳定的电流，提高原电池电流效率,)：Zn 2e- = Zn2,)：2H+ +2e- = H2,电池反应： Zn + 2H+ = Zn2+

5、+ H2,3、把右图设计成有盐桥的原电池装置，并写出电极反应式及电池反应方程式,四、原电池的设计 例：利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应,负极：Fe 2e- =Fe2,正极：Cu2+ +2e- =Cu,Cu,Fe,CuSO4,FeSO4,设计原电池的思路,半电池,画出装置示意图,电极材料,电解质溶液,根据电极反应确定,还原剂（电极材料）和氧化产物（电解质溶液）为负极的半电池 氧化剂（电解质溶液）和还原产物（电极材料）为正极的半电池,外电路,用导线连通，可以接用电器,内电路,是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路,或其它不活泼材料,根据负极氧

6、化、正极还原写出电极反应式,前提：是氧化还原反应,练习： 利用2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应,正极：2Fe32e- =2Fe2,负极：Cu-2e- =Cu2,Cu,C,CuSO4,FeCl3,小 结,原电池工作原理 根据氧化还原反应设计原电池,电解质溶液,阳离子,氧化反应负极 正极还原反应,电子沿导线传递，产生电流,阴离子,1.如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（,A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4 B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸 C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液 D

7、、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液,D,负极：2 Al+ 8OH6e- =2Al O2 +4H2O 正极：6H+ + 6 e- =3 H2 总：2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2,稀 硫 酸,负极： Mg 2e- = Mg2+ 正极： 2H+ + 2e- = H2 总：Mg +2H+ = Mg 2+ + H2,不同的介质 不同的电极反应,负极： Fe 2e- = Fe2+ 正极： 2H+ + 2e- = H2 总：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2,负极： 2Fe 4e- = 2Fe2+ 正极： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH- 总：2Fe + 2H

8、2O + O2 = 2Fe(OH)2,不同的介质 不同的电极反应,负极： Cu 2e- = Cu 2+ 正极： 4H+ +2NO3 + 2 e- = 2NO2 + 2H2O 总：Cu + 4H+ +2NO3= 2NO2 + Cu 2+ + 2H2O,稀H2SO4,负极：2 Al 6e- =2Al 3+ 正极： 6H+ + 6e- =3 H2 总：2Al + 6H+ = 2Al 3+ + 3H2,练习：1、下列关于下图所示原电池的说法正确的是 A 铝片为正极 B 正极上有H2产生 C Al是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出 D 当转移0.04 mol e- 时，产生 0.01 m

9、ol O2,Cu,B,练习2. X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示: 则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为 _,ZYXW,5.利用原电池原理设计新型化学电池,2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气,1.进行金属活动性强弱比较,3.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌,原电池的主要应用,4.解释某些化学现象,1)比较金属活动性强弱,例1,下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是,C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极,A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有H2气放出,B.在氧化还原反应中

10、，甲比乙失去的电子多,D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强,C,原电池原理应用,2)比较反应速率,例2,下列制氢气的反应速率最快的是,粗锌和 1mol/L 盐酸,B,A,纯锌和1mol/L 硫酸,纯锌和18 mol/L 硫酸,C,粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液,D,D,原电池原理应用,3)比较金属腐蚀的快慢,例3,下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,5,2,1,3,4,原电池原理应用,例4,下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速 率由慢到快的顺序是,4,2,1,3,4)判断溶液pH值变化,例5,在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为

11、0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的pH值变_(填“变大”、“变小”、“不变”)？（溶液体积变化忽略不计,变大,0.015,原电池原理应用,5)原电池原理的综合应用,例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。 “热敷袋”是利用 放出热量。 2)炭粉的主要作用是 。 3)加入氯化钠的主要作用是 。 4)木屑的作用是,铁被氧化,与铁屑、氯化钠溶液构成 原电池，加速铁屑的氧

12、化,氯化钠溶于水、形成 电解质溶液,使用“热敷袋”时受热均匀,原电池原理应用,制作各种化学电池:(1)干电池. 演示:ZnC,NH4Cl溶液组成的原电池. 判断正负极以及电极反应式,干电池原理,正极:2NH4+2e-=2NH3+H2,还原反应. 负极:Zn-2e-=Zn2+,氧化反应. 其中产生的NH3,H2都被吸收: 4NH3+ZnCl2=Zn(NH3)4Cl2, H2+2MnO2=Mn2O3+H2O,现在更常用的是体积小,性能更好的碱性锌锰电池,其容量和放电时间都要比普通锌锰电池增加几倍呢,2)铅蓄电池:-汽车上常用,1,2,正极：PbO2 (2) 铅畜电池 负极：Pb 电解质溶液：稀H2

13、SO4,练习 铅蓄电池在放电时的电极反应式和总的反应式,负极( Pb ): Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极(PbO2): PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O 总反应式:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,3) 锂电池：质量轻，电压高，工作效率高，贮存寿命长,锂电池：锂电池以锂作负极，非水有机溶剂如环脂、直链脂及酰胺等和无机溶剂作溶剂，以锂盐 LiClO4、LiAlCl4、LiAsF4等为电解质。由于锂密度低，电极电位负值高、延展性好，使得锂电池有比容量大、电压高、电阻低的优点，同时电池材料中无一种可能对环境造成污染。被广泛地应用于心脏起搏器、电子表、计算器,如:Li+MnO2=LiMnO2,4) 新型燃烧电池（阅读P.105并思考：在新型燃烧电池工作时，有没有发生燃烧现象,练习已知氢氧燃烧电池工作时，分别向两个惰性电极上通入氢气和氧气，并以NaOH溶液为电解液，试写出电极反应式和总的反应式,1,2,大有发展前景的燃料电池 可用两个多孔石墨电极（分别含有不同的催化剂）插入作为电解质的30%的KOH水溶液中，氧气和 氢气分别不断通入正极和负极并不断被消耗。两极发生的电化学反应 负极:H2+2OH- -2e=2H2O,正极:(1/2)O2+H2O+2e=2OH- 总反应为:H2+(1/2)O2=H2O 经采用适当措施以适应