第四章第一节-原电池课件

1、第三章电化学基础第三章电化学基础 第第 一一 节节 原原 电电 池池 教学目标：教学目标：体验化学能与电能相互体验化学能与电能相互 转化的探究过程，了解原电池的构转化的探究过程，了解原电池的构 造原理造原理 教学重点：教学重点：初步认识原电池概念、原初步认识原电池概念、原 理、组成及应用。理、组成及应用。 教学难点：通过对原电池实验的研究，通过对原电池实验的研究， 从电子转移角度理解化学能向电能从电子转移角度理解化学能向电能 转化的本质，以及这种转化的综合转化的本质，以及这种转化的综合 利用价值。利用价值。 1800年建立伏打电堆模型。年建立伏打电堆模型。 伏打电池是伏打电池是 实用电池的开端

2、。实用电池的开端。 复习回顾复习回顾 1、原电池是、原电池是_的装置。的装置。 原电池反应的本质是原电池反应的本质是_。 将化学能转化为电能将化学能转化为电能 氧化还原反应氧化还原反应 2、如右图所示，组成的原电池：、如右图所示，组成的原电池： （1）当电解质溶液为稀）当电解质溶液为稀H2SO4时：时： Zn电极是电极是_（填（填“正正”或或“负负”）极，）极， 其电极反应为其电极反应为_，该反应，该反应 是是_（填（填“氧化氧化”或或“还原还原”，下同）反，下同）反 应；应； Cu电极是电极是_极，其电极反应为极，其电极反应为 _,该反应是该反应是_反应。反应。 （2）当电解质溶液为）当电解

3、质溶液为CuSOCuSO4 4溶液时：溶液时： Zn电极电极 是是_极，其电极反应为极，其电极反应为_， 该反应是该反应是_反应；反应；Cu电极是电极是_极，极， 其电极反应为其电极反应为_,该反应该反应_反应反应. 负负 Zn 2e - = Zn 2+ 氧化氧化 正正 2H+ +2e- =H2 还原还原 负负 Zn 2e - = Zn 2+ 氧化氧化正正 Cu2+ + 2e - = Cu 还原还原 氧化反应氧化反应 Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池 电解质电解质 溶液溶液 失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生 还原反应还原反应 Cu2+2e- =Cu 阴离子阴离子

4、 阳离子阳离子 总反应：总反应： 负极负极 正极正极 Cu2+2e- =Cu Zn-2e- =Zn2+ Zn+Cu2+=Zn2+Cu Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu (离子方程式）离子方程式） （化学方程式）（化学方程式） 电极反应电极反应 正极：正极： 负极：负极：（氧化反应）（氧化反应） （还原反应）（还原反应） 阳离子阳离子 外电路外电路 内电路内电路 1.电路：电路： 外电路外电路 内电路内电路 电子流向：失电子的一极向得电子的一极电子流向：失电子的一极向得电子的一极 电流方向：与电子流动方向相反电流方向：与电子流动方向相反 阴离子流动方向与电子流动方向一致阴离子流动方向与电子流动

5、方向一致 阳离子流动方向与电流方向一致阳离子流动方向与电流方向一致 2.电极：电极： 正极：电子流入的一极正极：电子流入的一极 负极：电子流出的一极负极：电子流出的一极 3.电极反应式：电极反应式： 正极：正极： 2H+ 2e- H2 负极：负极： Zn2e- Zn2+ 4.总反应式：总反应式：Zn + 2H+ Zn2+ + H2 H2SO4溶液 问题问题诊断诊断 ？提出问题：提出问题： 上图是将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，上图是将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池， 如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长 电流就很快减弱，因此不适合实际应用电流就很快减弱

6、，因此不适合实际应用。这是这是 什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？ 讨论讨论! 造成的主要原因造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集：由于在铜极上很快就聚集 了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开， 这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。 这种作用称为极化作用。这种作用称为极化作用。 一、对锌铜原电一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究池工作原理的进一步探究 为了避免发生这种现象，设计如下图所示的原电池为了避免发生这种现象，设计如下图所示的原电池 装置，你能解释它的工作原理吗

7、？装置，你能解释它的工作原理吗？ 硫酸铜 硫酸锌硫酸锌 硫酸铜硫酸铜 此电池的优点：此电池的优点： 能产生持续、稳定的电流。能产生持续、稳定的电流。 实验（书实验（书71页实验页实验4-1） 实验探索实验探索 实验现象：实验现象： 问题问题：改进后的装置能够持续、稳定地产生电流？：改进后的装置能够持续、稳定地产生电流？ 盐桥在此的作用是什么？盐桥在此的作用是什么？ 有盐桥存在时电流计指针发有盐桥存在时电流计指针发 生偏转，即有电流通过电路。生偏转，即有电流通过电路。 取出盐桥，电流计指针即回取出盐桥，电流计指针即回 到零点，说明没有电流通过。到零点，说明没有电流通过。 盐桥制法：盐桥制法：1)

8、将热的琼胶溶液倒入将热的琼胶溶液倒入U形管中形管中(注意不要注意不要 产生裂隙产生裂隙)，将冷却后的，将冷却后的U形管浸泡在形管浸泡在KCl或或NH4NO3的的 饱和溶液中即可。饱和溶液中即可。2)将将KCl或或NH4NO3的饱和溶液装入的饱和溶液装入U 形管，用棉花都住管口即可。形管，用棉花都住管口即可。 盐桥的作用：（盐桥的作用：（1）使整个装置构）使整个装置构 成通路，代替两溶液直接接触。成通路，代替两溶液直接接触。 得出结论得出结论 由于盐桥（如由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子）的存在，其中阴离子Cl-向向ZnSO4 溶液扩散和迁移，阳离子溶液扩散和迁移，阳离子K+则向则向CuS

9、O4溶液扩散和迁移，溶液扩散和迁移， 分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作 用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中溶液中 的的 Cu2+几乎完全沉淀下来。几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与若电解质溶液与KCl溶液反溶液反 应产生沉淀，可用应产生沉淀，可用NH4NO3代替代替KCl作盐桥。作盐桥。 （2）平衡电荷。）平衡电荷。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠靠 离子迁移完成离子迁移完成的。的。取出盐桥，取出盐桥，Zn失去电子形成的失

10、去电子形成的Zn2+进进 入入ZnSO4溶液，溶液，ZnSO4溶液因溶液因Zn2+增多而带正电荷。同增多而带正电荷。同 时，时，CuSO4则由于则由于Cu2+ 变为变为Cu ，使得，使得 SO42-相对较多而相对较多而 带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电 子从锌片流向铜片，造成电流中断。子从锌片流向铜片，造成电流中断。 请同学们思考：请同学们思考： 上述原电池装置是将什么反上述原电池装置是将什么反 应的化学能转换成电能的？应的化学能转换成电能的？ 指出电池的正负极，并分别指出电池的正负极，并分别 写出其中负极和正极的电极写出其中负极

11、和正极的电极 反应式以及该电池的总反应反应式以及该电池的总反应 方程式。方程式。 ZnSO4溶液溶液 CuSO4溶液溶液 负极（锌片）：负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反应）（氧化反应） 正极（铜片）：正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）（还原反应） 电池反应（电池反应（总化学方程式总化学方程式）：）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 电池符号电池符号： Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极负极 盐桥盐桥 正极正极 一、对锌铜原电一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究池工作原理的进一步探究 二、由两个半电池组成原电池的工作原理二、

12、由两个半电池组成原电池的工作原理 （1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域）把氧化反应和还原反应分开在不同区域 进行，再以适当方式连接，可以获得电流。进行，再以适当方式连接，可以获得电流。 在这类电池中，用还原性较强的物质作为负在这类电池中，用还原性较强的物质作为负 极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的 物质作为正极，正极从外电路得到电子。物质作为正极，正极从外电路得到电子。 在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中， 并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。 练习：锌铜原电池产生

13、电流时，阳离子（练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（ ） A 移向移向Zn 极，阴离子移向极，阴离子移向Cu 极极 B 移向移向Cu 极，阴离子移向极，阴离子移向Zn 极极 C 和阴离子都移向和阴离子都移向Zn极极 D 和阴离子都移向和阴离子都移向Cu 极极 B （2）实验探究形成原电池的条件）实验探究形成原电池的条件 （可以）（可以） （可以）（可以）（可以）（可以） （不可以）（不可以） 形成条件一：形成条件一： 活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极 负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等 第一组实验第一组实验 （可以）（可以）（

14、不可以）（不可以） 形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件二：电极需插进电解质溶液中； 第二组实验第二组实验 （2）实验探究形成原电池的条件）实验探究形成原电池的条件 第三组实验第三组实验 （2）实验探究形成原电池的条件）实验探究形成原电池的条件 形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路 （不可以）（不可以） 可以可以 （2）组成原电池的条件组成原电池的条件 1）有两种活动性不同的金属（或一种是）有两种活动性不同的金属（或一种是 非金属单质或金属氧化物）作电极。非金属单质或金属氧化物）作电极。 2）电极材料均插入电解质溶液中。）电极材料均插入电解质溶液中。 3）两极相连形

15、成闭合电路。）两极相连形成闭合电路。 4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。）内部条件：能自发进行氧化还原反应。 简称：简称：两极一液一连线两极一液一连线并有一可自发进行并有一可自发进行 氧化还原反应。氧化还原反应。 CuFe H2SO4 CuZn H2SO4 CuFe NaCl溶溶液液 CuFe NaCl溶液溶液 CuZn 酒酒精精 Cu Zn H2SO4H2SO4 A BCD EFM nZnZ 4OS2H N nZCu 4OS2Cu uC 4OS2H 1.下列哪几个装置能形成原电池下列哪几个装置能形成原电池？ O V X V V X X X X V 典型例题：典型例题： ABCD 正极正极

16、ZnCuCuFe 负极负极CuZnZnZn 电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl 典型例题：典型例题： （3）原电池的正负极的判断方法）原电池的正负极的判断方法 微观判断微观判断 （根据电子流动（根据电子流动 方向方向） 电子流出的极电子流出的极 电子流入的极电子流入的极 负极负极 正极正极 较活泼的电极材料较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极质量增加的电极 工作后工作后 质量减少的电极质量减少的电极 负极负极 正极正极 正极正极 负极负极 工作后，有气泡冒出的电极为正极工作后，有气泡冒出的电极为正极 发生氧化反应的极发生氧化反应的极 发生

17、还原反应的极发生还原反应的极 根据电极材料根据电极材料 根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应 根据电极增重还是减重根据电极增重还是减重 根据电极有气泡冒出：根据电极有气泡冒出： 负极负极 正极正极 宏观判断宏观判断： 1. 1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成 原电池时，锌为负极，此金属是原电池时，锌为负极，此金属是( )( ) A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.Mg B.Fe C.Al D.Cu 2.2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解 质溶液的质溶液的 pH( )pH(

18、 ) A.A.不变不变 B.B.先变大后变小先变大后变小 C.C.逐渐变大逐渐变大 D.D.逐渐变小逐渐变小 C 典型例题：典型例题： 3.把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，四块金属片浸入稀硫酸中， 用导线两两相连组成原电池。若用导线两两相连组成原电池。若a、b相相 连时，连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d 到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡， b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四上有大量气泡产生，则四 种金属的活动性顺序由强到弱的为种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a

19、b . d Db d c a B 典型例题：典型例题： 4、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线 将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯 中央滴入中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是溶液，片刻后可观察到的现象是 ( D ) A. 铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定 B. 保持平衡状态保持平衡状态 C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜 D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜 典型例题：典型例题： （4）电解质溶液和电极材料的选择）电解质

20、溶液和电极材料的选择 活泼性不同的两种金属。活泼性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极 金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极 金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅板作负极，如铅蓄电池，铅板作负极，PbO2作正极作正极 惰性电极。惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt （电池的电极必须导电）（电池的电极必须导电） 电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是 两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯

21、两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯 中的电解质溶液应中的电解质溶液应 与与电极材料具有相同的阳离子电极材料具有相同的阳离子。 请根据氧化还原反应请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 设计成原电池。设计成原电池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案? Cu Cu 2e- = Cu2+ 比比Cu不活泼的金属或石墨不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO 4 )3、FeCl3等等 负极：负极： 正极：正极： 电解质溶液：电解质溶液： 练一练练一练 若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质

22、 溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。 归纳总结归纳总结原电池设计思路：原电池设计思路： )能自发进行的氧化还原反应能自发进行的氧化还原反应 )通常须两个活性不同的电极通常须两个活性不同的电极 )电解质溶液电解质溶液 )还原剂在负极失电子，发生氧化反应，还原剂在负极失电子，发生氧化反应， 氧化剂在正极得电子氧化剂在正极得电子,发生还原反应发生还原反应 几个概念几个概念 还原态还原态 氧化态氧化态+ne+ne- - 半反应（电极反应）涉及同一元素半反应（电极反应）涉及同一元素 的氧化价态和还原价态：的氧化价态和还原价态： 原电池是由两个原电池是由两个半电池

23、半电池组成的；半组成的；半 电池中的反应就是电池中的反应就是半反应半反应, ,即即电极反应电极反应 所以半电池又叫所以半电池又叫电极电极（不是电极导体）（不是电极导体） 1 2 原电池的表示方法：原电池的表示方法： (-)Zn|Zn(-)Zn|Zn2+ 2+ (C (C1 1) ) CuCu2+ 2+ (C (C2 2)|Cu(+)|Cu(+) “|”“|”表示液表示液- -固相有一界面；固相有一界面； “”表示盐桥。溶液要表明浓度表示盐桥。溶液要表明浓度 在有气体参加的电池中还要表明气在有气体参加的电池中还要表明气 体的压力体的压力. . 1.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设

24、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改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸 反应制取氢气；反应制取氢气； 3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较； 4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，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。而受到保护。如在铁器表面镀锌。 三、原电池的主要应用：三、原电池的主要应用： 5.解释某些化学现象解释某些化学现象 (1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。 例例1、下列叙述中，可以说明金属甲比乙活下列叙述中，可以说明金属甲比乙活 泼性强的是泼性强的是 C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；将甲乙

25、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，甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解， 甲上有甲上有H2气放出气放出； B.在氧化在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多还原反应中，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；同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强； （C） 原电池原理应用原电池原理应用 (2)比较反应速率比较反应速率 例例2 ： 下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是 粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸； B. A. 纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸； 纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸； C. 粗锌和粗锌

26、和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。D. （ D ） 原电池原理应用原电池原理应用 (3)比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢 例例3： 下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是 (5)(2)(1)(3)(4) 原电池原理应用原电池原理应用 例例4： 下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后片，放置一段时间后 腐蚀速率由腐蚀速率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是 (4) (2) (1) (3) (4)判断溶液判断溶液pH值变化值变化 例例5： 在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2

27、SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为 0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为升气体，则流过导线的电子为 mol,溶溶 液的液的pH值变值变_？（溶液体积变化忽略不计）？（溶液体积变化忽略不计） 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 根据电极反应：根据电极反应： 正极：正极： 负极：负极：Zn2e-Zn2+ 2H+2e- H2 得：得： 2 2 22.4 x

28、 y 0.168 解：解： 0.20.1252 c(H+)余 余 2H+ 2eH2 大大 0.015 原电池原理应用原电池原理应用 (5)原电池原理的综合应用原电池原理的综合应用 例例6：市场上出售的：市场上出售的“热敷袋热敷袋”的主要成分为铁屑、的主要成分为铁屑、 炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋热敷袋”启启 用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开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。现有大量铁锈存在。 1)“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出

29、热量。放出热量。 2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。 3)加入氯化钠的主要作用是加入氯化钠的主要作用是 。 4)木屑的作用是木屑的作用是 。 铁被氧化铁被氧化 与铁屑、氯化钠溶液构成原与铁屑、氯化钠溶液构成原 电池，加速铁屑的氧化。电池，加速铁屑的氧化。 氯化钠溶于水、氯化钠溶于水、 形成电解质溶液。形成电解质溶液。 使用使用“热敷袋热敷袋”时受热均匀时受热均匀 原电池原理应用原电池原理应用 已知反应已知反应AsO43-+2I-+2H+ AsO 3-+I2+H2O 是可逆反应设计如图装置，进行下述操作：是可逆反应设计如图装置，进行下述操作： ()向向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安培表烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安培表 指针偏转；指针偏转；()若改往若改往(B)烧杯中滴加烧杯中滴加40NaOH 溶液，发现微安培表指针向前述相反方向偏转溶液，发现微安培表指针向前述相反方向偏转 试回答：试回答： (1)两次操作过程中指针为什么会发生偏转两次操作过程中指针为什么会发生偏转? 答：答： 。 (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么会相反两次操作过程中指针偏转方向为什么会相反?试用平衡移试用平衡移 动原理解释此现象动原理解释此现象 答：答： _。 (3)()操作过程中操作过程中C1棒上发生的反应为棒上发生的反应为 。 (4)()