人教版化学选修四-原电池课件.ppt

新课标人教版选修四化学反应原理新课标人教版选修四化学反应原理章电化学基础章电化学基础2021/5/24111原电池原电池22化学电源化学电源44金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护电化学基础电化学基础33电解池电解池氧化还氧化还原反应原反应化学能转化化学能转化为电能，自为电能，自发进行发进行电能转化为电能转化为化学能，外化学能，外界能量推动界能量推动知识结构知识结构2021/5/242第一节第一节 原电池原电池2021/5/243把化学能转变为电能的装置叫把化学能转变为电能的装置叫 原电池原电池要解决的问题：要解决的问题：1.什么是什么是原电池？原电池？2.原电池的原电池的工作原理？工作原理？（电子的流向、电流的流向、离子的流向、形成（电子的流向、电流的流向、离子的流向、形成条件、电极的判断、电极反应的写法）条件、电极的判断、电极反应的写法）2021/5/244原电池及其工作原理：原电池及其工作原理：1.定义：定义：.电极名称：电极名称：原电池原电池相对活泼的电极为负极相对活泼的电极为负极相对不活泼的电极为正极相对不活泼的电极为正极3.3.电极反应：电极反应：原电池原电池负极：负极：正极：正极：失电子的氧化反应失电子的氧化反应得电子的还原反应得电子的还原反应从从理理论论上上说说，任任何何一一个个自自发发的的氧氧化化还原反应均可设计成原电池。还原反应均可设计成原电池。化学能转化为电能的装置为原电池。化学能转化为电能的装置为原电池。2021/5/245活动探究活动探究1实验组别组组组组组组组组蜂鸣器蜂鸣器区别区别结论结论响响响响两极材料不同两极材料不同活泼性不同活泼性不同的两个电极的两个电极响响不响不响负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、正极：较不活泼的金属、石墨石墨等等4 原电池形成的条件：原电池形成的条件：MgCu2021/5/246橙汁橙汁H2溶液导电性不同溶液导电性不同电极材料均需插入电极材料均需插入电解质电解质溶液中溶液中活动探究活动探究2蜂鸣器蜂鸣器组组组组组组响响区别区别结论结论响响不响不响2021/5/247蜂鸣器蜂鸣器组组组组响响区别区别结论结论不响不响电解质溶液是否连通电解质溶液是否连通两极相连与电解质溶液必须两极相连与电解质溶液必须形成形成闭合闭合回路回路活动探究活动探究32021/5/248：原电池的构成条件：原电池的构成条件能自发地发生能自发地发生氧化还原反应氧化还原反应两种活泼性不同的电极两种活泼性不同的电极电解质溶液（做原电池的内电路，可能电解质溶液（做原电池的内电路，可能参与反应）参与反应）形成闭合回路形成闭合回路负极：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（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。2021/5/2495.5.定向移动方向定向移动方向：电子、离子：电子、离子原电池原电池“负极给出电子，并流向正极负极给出电子，并流向正极”必发生必发生失电子失电子的的氧化反应氧化反应必发生必发生得电子得电子的的还原反应还原反应2021/5/2410与与原原 电电 池池 相关的概念相关的概念1.电路：电路：外电路外电路内电路内电路电子流向：负极流向正极电子流向：负极流向正极电流方向：正极流向负极电流方向：正极流向负极阴离子流向负极阴离子流向负极阳离子流向正极阳离子流向正极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+H22021/5/2411例例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？ABCDEFMN CuSO42021/5/2412例例2.在盛有稀在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是确的是()(A)正极附近的正极附近的SO42 离子浓度逐渐增大离子浓度逐渐增大(B)电子通过导线由铜片流向锌片电子通过导线由铜片流向锌片(C)正极有正极有O2逸出逸出(D)铜片上有铜片上有H2逸出逸出D2021/5/24131.1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌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，此金属是组成原电池时，锌为负极，此金属是()()A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.Mg B.Fe C.Al D.CuB2.2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的溶液的 pH()pH()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练习：练习：2021/5/24141.1.下列装置中能组成原电池形成电流的是下列装置中能组成原电池形成电流的是()()牛刀小试牛刀小试CAZnCuH2SO4CuZnA酒精酒精A BA BZnH2SO4ACuH2SO4C DC DACuCuH2SO4原电池的判断原电池的判断2021/5/2415负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2还原剂还原剂(Zn)失去电失去电子，发生氧化反应子，发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜在铜极上得到电子，极上得到电子，发生还原反应发生还原反应 还原剂还原剂失去的电子失去的电子从锌极流出从锌极流出流入铜极流入铜极经外电路经外电路ZnZn2+2+H+SO42-电流方向电流方向小结小结2021/5/2416？提出问题：提出问题：上图是我们在必修上图是我们在必修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电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？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了许多氢气：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。这种作用称为阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。极化作用。对锌铜原电对锌铜原电 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（书为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图图4-1）所示）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？2021/5/2417(1)(1)在探究实验的装置中架上在探究实验的装置中架上盐桥盐桥连通连通,看看有什么现象？有什么现象？电流计指针回到零点，电流计指针回到零点，说明无电流，说明无电流，未构成原电池未构成原电池。电流计指针偏转，电流计指针偏转，有电流通过电路，有电流通过电路，是是原电池原电池装置装置;(2)(2)然后取出盐桥，又将看到什么现象然后取出盐桥，又将看到什么现象?探究实验探究实验盐桥：在盐桥：在U形管中装满用饱和形管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。溶液和琼胶作成的冻胶。ZnSO4Zn CuCuSO4A2021/5/2418（）盐桥的作用是什么？（）盐桥的作用是什么？可可提供定向移动的阴阳离子，提供定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电使由它连接的两溶液保持电中性，盐桥保障了电子通过中性，盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。得以继续进行。导线的作用是传递电子，导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。则是沟通内电路。.双液原电池的工作原理双液原电池的工作原理（有关概念）（有关概念）（）盐桥中装有饱和的（）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出 盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）形成闭合回路。）形成闭合回路。（2）平衡电荷。）平衡电荷。2021/5/2419(3)双液原电池双液原电池的的优点：优点：能产生持续、稳能产生持续、稳定的电流。定的电流。2021/5/2420返回mACuZn2+Cu2+SO4 2-SO4 2-ZnK+Cl-Zn2+mAZn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu氧化反应盐桥还原反应+负极正极把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适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。当方式连接，可以获得电流。1、依探究实验的原理，按以、依探究实验的原理，按以下反应设计一个能持下反应设计一个能持续产生电流的原电池装置，画出装置图。续产生电流的原电池装置，画出装置图。Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag课堂练习课堂练习AgNO3Ag CuCu(NO3)2A说明：盐桥为含有琼胶说明：盐桥为含有琼胶的的KNO3饱和溶液饱和溶液2021/5/24233.判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，说明理判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，说明理由；若是，指出正负极名称并写出电极反应式。由；若是，指出正负极名称并写出电极反应式。(A)(B)(A)(B)(C)(D)(C)(D)CuCl2FeCl3ACuC2021/5/24244.依据反应：依据反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。设计的原电池如图所示。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，发生的电极反应为极，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。铜铜AgNO3正正2Ag+2e-=2AgCu-2e-=Cu2+AgCu2021/5/2425电池电极反应式的类型电电池池仅有负极材料仅有负极材料参与反应参与反应两电极材料均两电极材料均参与反应参与反应两电极材料均两电极材料均不参与反应不参与反应2021/5/2426由NordriDesign提供电池电极反应式的书写电池电极反应式的书写先写出总反应，再写出某一个简单的半先写出总反应，再写出某一个简单的半反应，用总反应反应，用总反应 减去半反应就得到另一减去半反应就得到另一个半反应个半反应规则：规则：2021/5/2427一、仅有负极材料参与反应、仅有负极材料参与反应 参与反应的金属电极本身为负极，负极参与反参与反应的金属电极本身为负极，负极参与反应的金属失电子（先写出负极反应式），正极是应的金属失电子（先写出负极反应式），正极是介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸氧、析氧、析Cu、Ag等）。等）。2021/5/24281、酸性较强介质：正极一般是析氢反应。、酸性较强介质：正极一般是析氢反应。负极：负极：Zn-2e-=Zn2+正极：正极：2H+2e-=H2 总反应：总反应：Zn+2H+=H2+Zn2+2021/5/24292 2、碱性介质：正极一般是吸氧反应。、碱性介质：正极一般是吸氧反应。负极：负极：2Fe-4e-=2Fe2+或或 2Fe+2OH-4e-=2Fe(OH)2 正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)22021/5/24303 3、接近中性介质：正极一般是吸氧反应。、接近中性介质：正极一般是吸氧反应。负极：负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应：总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)22021/5/24314 4、含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属、含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属（Cu、Ag等）。等）。负极：负极：Fe-2e-=Fe2+正极：正极：Cu2+2e-=Cu总反应：总反应：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+2021/5/2432练习：请写出右边原电池的练习：请写出右边原电池的电极电极方程式方程式总反应方程式：总反应方程式：负极：负极：AlAl，失，失e e-2Al -6e 2Al -6e 2 2Al3+2Al2Al3+3+8OH+8OH-=2AlO=2AlO2 2-+4H+4H2 2OO 负极总反应：负极总反应：负极总反应：负极总反应：2Al+8OH2Al+8OH-6e6e 2AlO2AlO2 2-+4H+4H2 2O O 正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应6H6H2 2O O 6e6e 6OH6OH 3H3H2 2 Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成离子方程式：拆成离子方程式：2Al+2OH+2H2O =2AlO2+3H2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H22021/5/2433二、二、电极材料本身均不参与反应电极材料本身均不参与反应 两电极均为惰性电极，常见于燃料电池。两电极均为惰性电极，常见于燃料电池。1 1、酸性介质、酸性介质 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：负极：2H2-4e-=4H+正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O a.应考虑电解质对电极反应的影响应考虑电解质对电极反应的影响 b.介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子离子 c.H+写在正极的反应物中写在正极的反应物中2021/5/24342、碱性介质、碱性介质 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：负极：2H2+4OH-4e-=4H2O 正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-2021/5/24353 3、当电解质溶液接近中性时、当电解质溶液接近中性时 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：负极：2H2-4e-=4H+正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-2021/5/2436 例一 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确吗？1.负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-2.负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O2021/5/2437三、两电极材料均参与反应 两电极材料通常由金属和金属化合物构成。两电极材料通常由金属和金属化合物构成。1、酸性介质、酸性介质 铅蓄电池铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 负极：负极：Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极：正极：PbO2+SO42-+4H+2e-=PbSO4+2H2O a.应考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物等）应考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物等）b.介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-c.H+写在正极的反应物中写在正极的反应物中2021/5/24382、碱性介质、碱性介质 爱迪生蓄电池爱迪生蓄电池：Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2 负极：负极：Fe+2OH-2e-=Fe(OH)2 正极：正极：NiO2+2H2O+2e-=Ni(OH)2+2OH-a.反应式两边不能出现反应式两边不能出现H+离子离子 b.OH-写在负极的反应物中写在负极的反应物中2021/5/24391.1.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；2.2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；酸反应制取氢气；3.3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；4.4.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。五、原电池的主要应用：五、原电池的主要应用：5.5.解释某些化学现象解释某些化学现象2021/5/2440(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：2021/5/2441(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：2021/5/2442(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：2021/5/2443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)2021/5/2444(5)原电池原理的综合应用原电池原理的综合应用例例5：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、形成电解质溶液氯化钠溶于水、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：2021/5/2445小小 结结定义定义:（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理 原电池原电池把化学能转化成电能的装置。把化学能转化成电能的装置。2、原电池的工作原理、原电池的工作原理较活泼的金属发生较活泼的金属发生氧化反应氧化反应,电子从较活泼的金属电子从较活泼的金属(负极负极)通过外电路流向较不活泼的金属通过外电路流向较不活泼的金属(正极正极)。负极负极 正极正极电子流向电子流向电流流向电流流向（2 2）形成原电池的条件形成原电池的条件（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（4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）电极材料的选择（电池的电极必须导电）2021/5/2446