第一节+原电池.ppt

1、第四章 电化学基础,安陆一中化学组,2020/9/23,第一节 原电池,1、电化学： 2、从反应产物与电流的关系分类：,阅读教材P70 回答,研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学,产生电流的反应原电池,借助电流而发生的反应电解池,复习回顾,1、原电池是_的装置。 原电池反应的本质是_反应。,将化学能转化为电能,氧化还原反应,2、如右图所示，组成的原电池： （1）当电解质溶液为稀H2SO4时： Zn电极是_（填“正”或“负”）极， 其电极反应为_，该反应 是_（填“氧化”或“还原”，下同）反应； Cu电极是_极，其电极反应为 _,该反应是_反应。,（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时

2、： Zn电极 是_极，其电极反应为_， 该反应是_反应；Cu电极是_极， 其电极反应为_,该反应是_反应.,负,Zn2e- = Zn2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2,还原,负,Zn2e- =Zn2+,氧化,正,Cu2+ +2e- = Cu,还原,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e，沿导线传递，有电流产生,还原反应,Cu2+2e- =Cu,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,Cu2+2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,(离子方程式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,阳离子,原 电 池 原 理,外电路,内

3、电路,与原电池相关的概念,1.电路：,外电路,内电路,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,阴离子流动方向与电子流动方向一致,阳离子流动方向与电流方向一致,2.电极：,正极：电子流入的一极,负极：电子流出的一极,3.电极反应式：,正极： 2H+ 2e- H2,负极： Zn2e- Zn2+,4.总反应式：,Zn+ 2H+ Zn2+ + H2,锌铜原电池工作原理,提出问题： 上图是我们在必修2中学习过的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

4、原因：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，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。,一、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，设计如下图（书P71图4-1）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？,优点：能产生持续、稳定的电流。,盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可。,实验三（书71页实验4-1）,实验探索,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

5、的作用是什么？,参考教材72页 第三段,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-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

6、。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。,请同学们思考：,上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。,ZnSO4溶液 CuSO4溶液,负极（锌片）： Zn2e- =Zn2+ （氧化反应）,正极（铜片）： Cu2+ +2e-=Cu （还原反应）,电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + C

7、u,一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究,?,二、实验探究形成原电池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成条件一： 活泼性不同的两个电极,负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进电解质溶液中,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,（不可以）,可以,二、组成原电池的条件,1、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。,2、电极材料均插入电解质溶液中。,3、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。,A,B,C,D,E,F,M,N,1.下列哪

8、几个装置能形成原电池？,O,V,X,V,V,X,X,X,X,V,2.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,该反应的的原电池正确组合是（ ）,C,三、原电池的正负极的判断方法,微观判断 （根据电子流动方向）,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,宏观判断： 根据电极材料 根据原电池电极发生 的反应 根据电极质量的变化 根据电极有气泡冒出：,负极 正极,1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电

9、池时，锌为负极，此金属是 A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,B,2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH A.不变 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小,C,4.X、Y、Z、M、N代表五种金属。有以下化学反应：水溶液中，X+Y2+=X2+Y ；Z+2H2O(冷)=Z(OH)2+H2 ；M、N为电极与N盐溶液组成原电池，电极反应为M-2e-=M2+；Y可以溶于稀硫酸,中，M不被稀硫酸氧化，则这五种金属的活动性由弱到强的顺序是 AMNYXZ B.NMXYZ CNMYXZ D.XZNMY,C,3.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时

10、，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b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 Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,Cu C,FeCl3溶液,负极： Cu 失电子 Cu-2e-=Cu2+ 正极： Fe3+得电子 2Fe3+2e-=2Fe2+,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,先写出总反应：即 负极与电解质溶液反应,拆成离子方程式：,Cu+2Fe3=Cu2+2Fe2,根据化合价升降判断正负极,四、电极方程式的书写,1.简单原电池电极

11、方程式的写法,请写出右边原电池的电极方程式。,总反应方程式：,负极：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O,负极总反应： 2Al +8OH-6e 2AlO2- + 4H2O,正极：总反应负极反应,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成离子方程式：,2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2,根据化合价升降判断正负极,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,2.燃料电池电极方程式的写法 总反应： 实际上就是燃料的完全燃烧。 负极（通入燃料）：为燃料失去电子的氧化反应， 正极（通入氧化剂）：为

12、氧化剂得到电子的还原反应。 以Pt为电极，电解质溶液为 KOH溶液的氢氧燃料电池为例,负极总反应: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O,正极: 总反应负极反应,总反应：2H2+ O22H2O,负极: H2 失e,4H+ + 4OH- 4H2O,2H2 - 4e- 4H,O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,有机物碱性燃料电池,CxHyOz O2 KOH溶液 总反应：CxHyOz+ （x+y/4 _ z/2）O2+ 2xOH- = xCO32-+(x+y/2)H2O 正极：（x+y/4 _ z/2）O2+（4x+y-2z）e- +(2x+y/2-z)H2O=(4x+y-2z)OH-

13、负极：CxHyOz -（ 4x+y-2z ）e-+（ 6x+y-2z ） OH- =xCO32-+(3x+y-z)H2O,固体燃料电池,丁烷燃料电池（固体Y2O3、ZrO2传递O2-） 总反应：2C4H10+13O28CO2+10H2O 负极：2C4H10-52e-+26 O2- =8CO2+10H2O 正极：13O2+52e-=26 O2-,练习、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混和气为正极助燃气，制得在650下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式： 电池反应式： 负极反应式：2CO+2CO3

14、2- 4CO2+4e 正极反应式： ， 总电池反应： 。,O22CO24e 2CO32,2CO+O2 2CO2,3.复杂原电池电极方程式的书写 方法点拨：写电极方程式的时候，要根据“得电子显负电；失电子显正电”的原则， 利用“电荷守恒”，通过巧用H、OH和水写出电极方程式,PbPbO22H2SO42PbSO42H2O,练习：写出铅酸蓄电池的电极反应：,Pb SO422e PbSO4,负极： Pb失电子,4H 2H2O,正极： PbO2SO42 2e PbSO4,银锌电池（电解质为KOH）的电池总反应为： Zn Ag2O ZnO 2Ag 写出其正、负极反应。,Zn2e ZnO,2 OH H2O,

15、Ag2O 2e 2Ag,H2O 2OH,负极：,正极：,1.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为： 下列叙述不正确的是 A放电时负极反应为： B充电时阳极反应为： C放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化 D放电时正极附近溶液的碱性增强,C,2.某可充电的锂离子电池以LiMn2O4（次锰酸锂）为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为： 下列叙述正确的是 A放电时，LiMn2O4发生氧化反应 B放电时，正极反应为Li+ + LiMn2O4 + e- =Li2Mn2O4 C充电时，

16、LiMn2O4发生氧化反应 D充电时，阳极反应为Li+ + e- =Li,B,3.我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为： 下列叙述不正确的是 A正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH- B电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 C以网状的铂为电极，可增大与氧气的接触面积 D该电池通常只需要更换铝板就可继续使用,B,4.一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇的氧化锆晶体，在熔融状态下能传到O2-。下例对该燃料电池的说法正确的是： A在熔融电解质中，O2-由负极移向正极 B电池的总反应是2C4

17、H10+13O28CO2+10H2O C通入空气的一极是正极，电极反应为O2+4e-=2O2- D通入丁烷的一极是正极，电极反应为C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O,BC,5、化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。 1.目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为： Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2 已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是 ( ) 以上反应是可逆反应 以上反应不是可逆反应 充电时化学能转变为电能 放电时化学能转变为电能 A B C D ,B,(1)比较金属活动性强弱。,例1：

18、,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,五、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,五、原电池原理应用：,(3)比较金属腐蚀的快慢,五、原电池原理应用：,例3：,下列装置中四块相同的Z

19、n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 0.015 (mol),x 0.015 (mol),3.75 10 4(mol/L ),pH -lg3.75 104,4 -lg3.75,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,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、原电池原理应用：,(5)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。 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，加速铁屑的氧化,氯化钠溶于水、形成电解质溶液,使用“热敷袋”时受热均匀,五、原电池原理应用：,【例6】 (2011浙江)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是(),A液滴中的Cl由a区向b区迁移 B液滴边缘是正极区，发生的电极反应为： O22H2O4e4OH C液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的