选修四第四章第一节《原电池》课件

1、第四章 电化学基础第一节 原电池电化学：研究化学能与电能之间相互转换的装置、过程和效率的科学。过程及装置分按电化学反应2. 借助电流而发生反应及装置 (如:电解池)1. 产生电流的化学反应及装置 (如:原电池等)一、原电池的基础知识1.定义： 把化学能转变为电 能的装置 理解： 外形无外加电源 自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池 CuZn 稀硫酸-Zn2+H+H+Zn2e- = Zn2+负极:正极:2H+2e-=H2总反应式:Zn+2H+= Zn2+H2负正氧化反应还原反应现象：锌棒溶解，铜棒上有气泡A2、原电池工作原理阳离子阴离子正极负极有两种活泼性不同的金属（或一种是 非金属单质或金属

2、氧化物）作电极。电极材料均插入电解质溶液中。两极相连形成闭合电路。 内部条件：能自发进行氧化还原反应外部条件：3、组成原电池的条件 两极一液成回路，氧化还原是中心练习：判断下列装置哪些属于原电池H2SO4Zn Zn（1）石墨石墨H2SO4（2）H2SO4Zn 石墨（3）Zn CuH2SO4（4）CuSO4Zn Cu（5）C2H5OHZn Cu（6）Zn CuZnSO4 CuSO4（7）理论上应看到只在铜片上有铜析出，实际上锌片上也有少量铜析出，这是什么原因导致的呢？最终又会造成什么后果？怎样避免和克服呢？ACuSO4溶液锌片 铜片想一想？提出问题： 上图是将锌片和铜片置于硫酸铜溶液的原电池，如

3、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。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？造成的主要原因：由于锌片与CuSO4溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面直接被还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止，也就无电流产生。对锌铜原电 池工作原理的进一步探究为了避免发生这种现象【交流讨论】【交流讨论】让锌片与硫酸铜溶液不直接接触ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA改进如何改进原电池装置？硫酸铜溶液 CuZnA现象：电流计指

4、针不偏转，且铜片和锌片上均无明显现象（即:无电子定向移动） 硫酸铜溶液 CuZnAZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA【交流 讨论】【交流讨论】改进后的原电池装置有什么优点？【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应改进继续改进原电池装置？书71页实验4-1实验现象：分析：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？ 有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。 取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液【实验探索】盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-

5、向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4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，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。（2）平衡电荷。 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成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ，使得 SO42-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子从锌片流向铜片，造成电流中断。【实

6、验结论】 当有盐桥存在时，在ZnSO4溶液中，Zn片逐渐_,形成_进入溶液中，从锌片上释放的电子经过_流向_，CuSO4溶液中的Cu2+从_上得到电子还原为金属铜并沉积在铜片上，随着反应的进行，左边烧杯中c(Zn2+)_,右边烧杯中c(Cu2+)_,此时，盐桥中的_会移向ZnSO4溶液， _会移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液保持电中性，氧化反应得以继续进行，从而使原电池不断产生电流。溶解Zn2+导线铜片铜片增大减小Cl-K+4、由两个半电池组成原电池的工作原理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。在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负

7、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。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。用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起5、设计盐桥原电池的思路：还原剂和氧化产物为负极的半电池氧化剂和还原产物为正极的半电池Zn+2Ag+=Zn2+2Ag根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液外电路用导线连通，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能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件？1.要有导电性不同的两个电极2.两个半反应在不同的区域进行3.用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起小结6、原电池正负极判断由组成原

8、电池的电极材料判断一般 负极 的金属 正极 的金属或 导体，以及某些金属氧化物可以理解成： 与电解质溶液反应 练习：Mg-Al-H2SO4中 是正极 是负极 Mg-Al-NaOH 中 是正极 是负极MgAlAlMg 活泼性强活泼性弱非金属负极根据电子（电流）流动的方向判断 电子由 流出，流入 ； 电流由 流出，流入 。负极正极正极负极根据电极反应类型判断 负极 电子，发生 反应 正极 电子，发生 反应 失得氧化还原根据电解质溶液离子移动的方向判断 阴离子向 极移动（负极带正电荷） 阳离子向 极移动（正极带负电荷） 负正根据电极现象来判断 负极 ； 正极 ；牺牲、溶解增重、气泡利用反应Zn+2F

9、eCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，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。 参考答案 (+)(-) G Zn Pt FeCl3溶液负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）(+)(-)ZnCl2溶液FeCl3溶液盐桥 G Zn C 负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液7、电极反应方程式的书写依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2A

10、g(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 ；银电极为电池的 极，发生的电极反应为 ；X电极上发生的电极反应为 ；外电路中的电子是从 电极流向 电极。CU铜银正AgNO3溶液2Ag +2e = 2AgCu - 2e = Cu+-2+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，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）当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属作负极而被腐蚀，所以先被腐蚀的

11、金属活泼性较强。二、原电池的主要应用： 练习：把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若 a、b相连时，a为负极； c、d相连时，电流由d到c； a、c相连时，c极产生大量气泡， b、d相连时，溶液中的阳离子向b极移动。 则四种金属的活泼性顺序为： 。ac d ba bc d a cd b2、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 ）当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制H2时, 纯Zn反应不如粗

12、Zn跟酸作用的速率快。3、比较金属腐蚀的快慢在某些特殊的场所, 金属的电化腐蚀是不可避免的, 如轮船在海中航行时, 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Zn。这样构成的原电池Zn为负极而Fe为正极，从而防止铁的腐蚀。例3：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4：在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 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 0.168L升气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的pH值变_？（溶液体积变化忽略不计）0.2解得：y 0.01

13、5 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg3.75 1044 -lg3.75 答：0.015根据电极反应：正极：负极：Zn2e-Zn2+2H+2e- H2得：2 2 22.4x y 0.168解：0.20.1252c(H+)余2H+ 2eH2大0.0155、原电池原理的综合应用例5：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。炭粉的主要作用是 。加入氯化钠的主要作用是 。木屑的作用是 。铁被