高中化学选修四第4章第一节课件

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第一节第一节 原电池原电池电化学电化学：研究化学能与电能之间相互转换的研究化学能与电能之间相互转换的装装置、过程置、过程和和效率效率的科学。的科学。过程及装置分过程及装置分按电化学反应按电化学反应2. 借助电流而发生反应及装置借助电流而发生反应及装置 (如如:电解池电解池)1. 产生电流的化学反应及装置产生电流的化学反应及装置 (如如:原电池等原电池等)第1节 ：原电池 第第 1 1 课课 时时一、原电池的基础知识一、原电池的基础知识1.1.定义：定义：把把化学能化学能转变为转变为电能电能的的装置装置 理解：理解： 外形无外加电源外形无外加电源 自发的自发的才

2、可能被设计成原电池才可能被设计成原电池 复习回顾复习回顾CuZn 稀硫酸稀硫酸- - -Zn2+H+H+Zn2e- = Zn2+2H+2e-=H2总反应式总反应式: :Zn+2H+= Zn2+H2正正氧化反应氧化反应还原反应还原反应现象现象：锌棒溶解，铜棒上有气泡锌棒溶解，铜棒上有气泡A原电池工作原理原电池工作原理CuZn- - -Zn2+H+H+负极负极正极正极阳离子阳离子阴离子阴离子正极正极负极负极SO42-原电池工作原理原电池工作原理Ae-（1 1）有两种）有两种活泼性不同活泼性不同的金属（或一种是的金属（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

3、2）电极材料均插入）电极材料均插入电解质电解质溶液中。溶液中。 （3 3）两极相连形成）两极相连形成闭合闭合电路。电路。 1.内部条件：能自发进行内部条件：能自发进行氧化还原氧化还原反应反应2.外部条件：外部条件：组成原电池的条件组成原电池的条件 两极一液成回路，氧化还原是中心两极一液成回路，氧化还原是中心判断下列装置哪些属于原电池判断下列装置哪些属于原电池H2SO4Zn ZnZn Zn（1 1）石墨石墨石墨石墨H2SO4（2 2）H2SO4Zn Zn 石墨石墨（3 3）Zn Zn CuCuH2SO4（4 4）CuSO4Zn Zn CuCu（5 5）C2H5OHZn Zn CuCu（6 6）Z

4、n Zn CuCuZnSO4 CuSO4（7 7） 理论上应看到只在铜片上有大理论上应看到只在铜片上有大量气泡，实际上锌片上也有大量量气泡，实际上锌片上也有大量气泡产生，这是什么原因导致的气泡产生，这是什么原因导致的呢？呢？最终又会造成什么后果？怎样最终又会造成什么后果？怎样避免和克服呢？避免和克服呢？A稀稀H2SO4锌片锌片 铜片铜片想一想想一想？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，如果用它做电源，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，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用际应用。

5、这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？学生讨论：学生讨论：造成的主要原因：造成的主要原因：锌片不纯，锌片不纯，以及铜极上聚集了许多氢以及铜极上聚集了许多氢气泡，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。内阻，使电流不能畅通。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为了避免发生这种现象【交流交流 研讨一研讨一】让锌片与稀硫酸让锌片与稀硫酸不直接接触不直接接触ZnSO4溶液溶液 H2SO4溶液溶液ZnCuA？改进改进如何改进原电池

6、装置？如何改进原电池装置？稀硫酸稀硫酸 CuZnA【观察与思考观察与思考】【结论结论1】改进后的原电池装置改进后的原电池装置提高了能量转换率提高了能量转换率ZnSO4溶液溶液H2SO4溶液溶液ZnCuA稀硫稀硫酸酸 CuZnAZnSO4溶液溶液 H2SO4溶液溶液ZnCuA【交流交流 研讨二研讨二】改进后的原电池装置改进后的原电池装置还有什么优点？还有什么优点？【结论结论2】改进后的原电池装置改进后的原电池装置化学能不会自动释放化学能不会自动释放【启示启示】氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂不直接接触不直接接触也能发生反应也能发生反应改进改进实验探究二请根据反应请根据反应：Zn + CuSO4 =

7、ZnSO4 + Cu设计一个原电池装置，标出电极设计一个原电池装置，标出电极材料和电解质溶液材料和电解质溶液, ,写出电极反应写出电极反应方程式方程式. . CuSO4 溶液溶液且两个电极上都有红色物质析出且两个电极上都有红色物质析出 电流表指针发生偏转，电流表指针发生偏转， 但随着时间的延续，电流表指但随着时间的延续，电流表指针偏转的角度越来越小，最针偏转的角度越来越小，最终可能没有电流通过。终可能没有电流通过。负负正正负极负极Zn2e-=Zn2+正极正极Cu2+2e-=Cu即无法产生持续稳定的电流即无法产生持续稳定的电流 按下图所示按下图所示, , 将置有锌片的将置有锌片的ZnSOZnSO

8、4 4溶液和置有铜片的溶液和置有铜片的CuSOCuSO4 4溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象? ? 电流计指针不偏转，且电流计指针不偏转，且铜片和锌片上均无明显铜片和锌片上均无明显现象（即现象（即: :无电子定向无电子定向移动）移动） 探究实验二：改进方案探究实验二：改进方案ZnSO4Zn CuCuSO4A上述装置构成了原电池吗？为什么上述装置构成了原电池吗？为什么？ （溶液不保持电中性）溶液不保持电中性）实验探究二：方案改进盐桥盐桥AZn CuZnSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液设计如下图（书设计如下图（书P71P71图图4-14-1）所示的原

9、电池装）所示的原电池装置，结果如何呢？你能解释它的工作原理吗？置，结果如何呢？你能解释它的工作原理吗？u盐桥：盐桥：在在U U型管中装满用型管中装满用饱和饱和KCl溶液和琼溶液和琼脂作成的冻胶。脂作成的冻胶。u盐桥：盐桥：在在U U型管中装满用型管中装满用饱和饱和KCl溶液和琼溶液和琼脂作成的冻胶。脂作成的冻胶。实验三（书实验三（书71页实验页实验4-1）实验探索实验现象：实验现象：分析分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？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

10、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)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(注意不要产生裂隙注意不要产生裂隙)，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的饱和溶液中即可。的饱和溶液中即可。2)将将KCl或或NH4NO3的饱和溶液装入的饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可。形管，用棉花堵住管口即可。盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）使整个装置）使整个装置构成通路构成通路，代替两溶液直接接触，代替两溶液直接接触。得出结论得出结论 由于盐桥（

11、如由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中阴离子）的存在，其中阴离子ClCl- -向向ZnSOZnSO4 4溶液扩溶液扩散和迁移，阳离子散和迁移，阳离子K K+ +则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到电荷，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锌片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的 CuCu2+2+几乎完全沉淀下来。几乎完全沉淀下来。若若电解电解质溶液与质溶液与KClKCl溶液反应产生沉淀，可用溶液反应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代

12、替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。（2 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离子迁移完靠离子迁移完成成的。的。取出盐桥，取出盐桥，ZnZn失去电子形成的失去电子形成的ZnZn2+2+进入进入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，ZnSOZnSO4 4溶溶液因液因ZnZn2+2+增多而带正电荷。同时，增多而带正电荷。同时，CuSOCuSO4 4则由于则由于CuCu2+2+ 变为变为Cu Cu ，使得，使得 SOSO4 42-2-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会两种因素

13、均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。二、由两个半电池组成原电池的工作原理二、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进行，再以）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。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极，负极向在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳在原电池的内部，两极

14、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。离子的定向运动而形成内电路。（2 2）探究）探究组成原电池的条件组成原电池的条件用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起设计盐桥原电池的思路：u还原剂和氧化产物为还原剂和氧化产物为负极负极的的半电池半电池u氧化剂和还原产物为氧化剂和还原产物为正极正极的的半电池半电池Zn+2Ag+=Zn2+2Agu根据电极反应确定合适的电极材料根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液和电解质溶液u外电路外电路用导线连通，可以接用电器用导线连通，可以接用电器u内电路内电路是将电极浸入电解质溶液中，是将电极浸入电解质溶液中

15、，并通过并通过盐桥盐桥沟通内电路沟通内电路能产生稳定、持续电流的原电能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件？池应具备什么条件？1.1.要有导电性不同的两个电极要有导电性不同的两个电极2.2.两个半反应在不同的区域进行两个半反应在不同的区域进行3.3.用导线和盐桥分别将两个半电用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起池连接在一起小结小结第1节 ：原电池 第第 2 2 课课 时时复习：复习：3. 两个电极相连插入电解质溶液中并两个电极相连插入电解质溶液中并形成闭合电路形成闭合电路;把化学能直接转化为电能的装置。把化学能直接转化为电能的装置。1 1. .有两块金属有两块金属( (或非金属或非金属)

16、 )导体作导体作电极电极; ; 2.2.电解质溶液电解质溶液二二. .构成原电池的基本条件构成原电池的基本条件：一一. .原电池原电池：4 4. .有可有可自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应。三三. .加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理：1. 用还原性较强的物质用还原性较强的物质(如：活泼金属如：活泼金属)作负极，向外电路提供作负极，向外电路提供电子；电子；用不用不活泼物质活泼物质作正极作正极，从外电路得到电子。，从外电路得到电子。2. 原电池在放电时，负极上的电子经过导线流向正极，而氧原电池在放电时，负极上的电子经过导线流向正极，而

17、氧化剂从正极上得到电子，两极之间再通过化剂从正极上得到电子，两极之间再通过盐桥盐桥及原电池内部及原电池内部溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定电流构成有稳定电流的闭合回路。的闭合回路。1.1.利用反应利用反应Zn+2FeClZn+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+ZnCl+ZnCl2 2 ，设计出两种原电，设计出两种原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。 参考答案参考答案 (+)(-) G Zn Pt FeCl3溶液溶液负极（负极（Zn）：）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反

18、应）（氧化反应）正极（正极（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（还原反应）(+)(-)ZnCl2溶液溶液FeCl3溶液溶液盐桥盐桥 G Zn C 负极（负极（Zn）：）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应）正极（正极（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（还原反应）（1 1）、根据氧化还原反应电子转移判断）、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应电极反应。（2 2）、根据电极反应确定合适的）、根据电极反应确定合适的电极材料电极材料和和电解质溶液电解质溶液巩固练习：巩固练习：2.依据氧化还原反应：依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)

19、=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原设计的原电池如图所示。电池如图所示。请回答下列问题：请回答下列问题：(1)电极电极X的材料是的材料是 ；电解质溶液电解质溶液Y是是 ；(2)银电极为电池的银电极为电池的 极，极，发生的电极反应为发生的电极反应为 ；X电极上发生的电极反应为电极上发生的电极反应为 ；(3)外电路中的电子是从外电路中的电子是从 电极流向电极流向 电电极。极。CU铜铜银银正正AgNO3溶液溶液2Ag +2e = 2AgCu - 2e = Cu+-2+3. 用铜片、银片、用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、溶液、AgNO3溶液、导线和溶液、导线和盐桥（装有琼脂盐桥（装有琼脂-K

20、NO3的的U型管）构成一个原电池。以型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（下有关该原电池的叙述正确的是（ ）在外电路中，电流由铜电极流向银电极在外电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应为：正极反应为：Ag+e- =Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同反应相同 A B C DC二、原电池正负极判断二、原电池正负极判断1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断一般一般 负极负极 的金属的金属 正极正极 的金属的金属或或 导体，

21、以及某些金属氧化物导体，以及某些金属氧化物可以理解成：可以理解成： 与电解质溶液反应与电解质溶液反应 练习：练习：Mg-Al-HMg-Al-H2 2SOSO4 4中中 是正极，是正极， 是负极是负极 Mg-Al-NaOHMg-Al-NaOH中中 是正极是正极 是负极是负极活泼性强活泼性强活泼性弱活泼性弱非金属非金属负极负极1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 电子由电子由 流出，流入流出，流入 ； 电流由电流由 流出，流入流出，流入 。负极负极正极正极正极正极负极负极1.1.由组成原电池的电极材料判断由

22、组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 负极负极 电子，发生电子，发生 反应反应 正极正极 电子，发生电子，发生 反应反应 失失得得氧化氧化还原还原1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 阴离子向阴离子向 极移动（负极带正电荷）极移动（负极带正电荷） 阳离子向阳离子向 极移动（正极

23、带负电荷）极移动（正极带负电荷） 负负正正1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 5.5.根据电极现象来判断根据电极现象来判断 负极负极 ； 正极正极 ；牺牲、溶解牺牲、溶解增重、气泡增重、气泡1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据

24、电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 5.5.根据电极现象来判断根据电极现象来判断 6.6.燃料电池中燃料电池中 燃料在燃料在 反应反应 氧化剂在氧化剂在 反应反应 负极负极正极正极巩固：巩固：已知反应已知反应AsO43+2I+2H+ AsO3+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

25、：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)()操作过程中操作过程中C2棒上发生的反应为棒上发生的反应为 。 这是原电池，指针偏转是由于电子流过电流表这是原电池，指针偏转是由于电子流过电流表B中加盐酸，中加盐酸，AsO43发生得电子反应为正极；而当加入发生得电子反应为正极；而当加入NaOH后，后，AsO33发生失电子反应

26、，为负极；发生失电子反应，为负极； 2I2e =I2 AsO332e+2OH = AsO43+H2O 第1节 ：原电池 第第 3 3 课课 时时1.利用原电池原理设计新型化学电池；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

27、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泼性强的是下列叙述中，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；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，甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有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：当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属作负当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属作负极而

28、被腐蚀，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。极而被腐蚀，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。 练习：练习：把把a a、b b、c c、d d四块金属浸入稀硫酸中，用四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若导线两两相连组成原电池。若 a a、b b相连时，相连时，a a为负极；为负极； c c、d d相连时，电流由相连时，电流由d d到到c c； a a、c c相连时，相连时，c c极产生大量气泡，极产生大量气泡， b b、d d相连时，溶液中的阳离子向相连时，溶液中的阳离子向b b极移动。极移动。则四种金属的活泼性顺序为：则四种金属的活泼性顺序为： 。a ac c d d b ba a b bc

29、 c d da a c cd d b b(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：当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制H2H2时时, , 纯纯ZnZn反应不如粗反应不如粗ZnZn跟酸作用的速率快。跟酸作用的速率快。(3)比较金属腐蚀

30、的快慢比较金属腐蚀的快慢原电池原理应用：原电池原理应用：在某些特殊的场所在某些特殊的场所, , 金属的电化腐蚀是不可避免的金属的电化腐蚀是不可避免的, , 如轮船在海中航行时如轮船在海中航行时, , 为了保护轮船不被腐蚀，可以为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如ZnZn。这样。这样构成的原电池构成的原电池ZnZn为负极而为负极而FeFe为正极，从而防止铁的腐为正极，从而防止铁的腐蚀。蚀。例例3： 下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速片，放置一段时间后腐蚀速率由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