高二化学选修4-原电池课件.ppt
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1、章电化学基础2023/5/2411 1、电化学:、电化学:2 2、从反应产物与电流的关系分类:、从反应产物与电流的关系分类:阅读教材阅读教材P70 P70 回答回答研究化学能与电能相互转换的装置、研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学过程和效率的科学产生电流的反应产生电流的反应原电池原电池借助电流而发生的反应借助电流而发生的反应原电池原电池2023/5/242复习回顾复习回顾1 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_反应。反应。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 2、如右图所示,组成的原电池:、如右图所示,组成的原电
2、池:(1 1)当电解质溶液为稀)当电解质溶液为稀H H2 2SOSO4 4时:时:ZnZn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)反应;,下同)反应;CuCu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 2)当电解质溶液为)当电解质溶液为CuSOCuSO4 4溶液时:溶液时:ZnZn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;CuCu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.
3、负负ZnZn2e2e-=Zn=Zn2+2+氧化氧化正正2H2H+2e+2e-=H=H2 2还原还原负负ZnZn2e2e-=Zn=Zn2+2+氧化氧化正正CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu还原还原2023/5/243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阴离子阴离子阳离子阳离子总反应:总反应:负极负极正极正极 Cu2+2e-=CuZn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式)离子方程式)(化学方程式)(化学方程式
4、)电电极极反反应应正极:正极:负极:负极:(氧化反应)(氧化反应)(还原反应)(还原反应)阳离子阳离子原原 电电 池池 原原 理理外电路外电路内电路内电路2023/5/244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: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
5、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+H22023/5/245锌铜原电池工作原理锌铜原电池工作原理2023/5/246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?造成的主要原因造成
6、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。这种作用称为极化作用。阻,使电流不能畅通。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(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?2023/5/247硫酸铜硫酸铜2023/5/248此电池的优点:此电池的优点:能产生持续、
7、稳能产生持续、稳定的电流。定的电流。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(注意不要产注意不要产生裂隙生裂隙),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的饱和的饱和溶液中即可。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,形管,用棉花都住管口即可。用棉花都住管口即可。2023/5/249实验三(书实验三(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: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
8、么?参考教材参考教材72页页 第三段第三段 有盐桥存在时电流计指针有盐桥存在时电流计指针发生偏转,即有电流通过电路。发生偏转,即有电流通过电路。取出盐桥,电流计指针即取出盐桥,电流计指针即回到零点,说明没有电流通过。回到零点,说明没有电流通过。2023/5/2410盐桥的作用:盐桥的作用:(1 1)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。由于盐桥(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溶液扩散和迁移,阳离子溶液扩散和迁移,阳离子K K+则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁溶液扩散和迁
9、移,分别中和过剩的电荷,保持溶液的电中性,因而放移,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电作用不间断地进行,一直到锌片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶溶液中的液中的 CuCu2+2+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KClKCl溶溶液反应产生沉淀,可用液反应产生沉淀,可用NHNH4 4NONO3 3代替代替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靠离子迁移完成子迁移完成的。的。取出盐桥,取出盐桥,ZnZn失
10、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溶液因溶液因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CuCu,使得使得SOSO4 42-2-相对较多而带负电荷。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。铜片,造成电流中断。2023/5/2411请同学们思考请同学们思考:上述原电池装置是将什么反应的上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的?指出电池化学能转换成
11、电能的?指出电池的正负极,并分别写出其中负极的正负极,并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。的总反应方程式。ZnSOZnSO4 4溶液溶液 CuSOCuSO4 4溶溶液液负极(锌片):负极(锌片):ZnZn2e2e-=Zn=Zn2+2+(氧化反应氧化反应)正极(铜片):正极(铜片):CuCu2+2+2e+2e-=Cu =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+CuZn+Cu2+2+=Zn =Zn 2+2+Cu+Cu 电池符号电池符号:Zn Zn ZnSOZnSO4 4 CuSOCuSO4 4 Cu Cu
12、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2023/5/2412二、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 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。练习:锌铜原电池产生电流
13、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B2023/5/2413二、实验探究形成原电池的条件二、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2023/5/2414(可以)(可以)(不可以)(不
14、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;实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件2023/5/2415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2023/5/2416(2 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(或一种是非金属单质)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。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)两极相连形成闭合电路。)两极相连形成闭合电路。(4
15、)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。2023/5/2417ABCDEFMN1.1.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?OVXVVXXXXV2023/5/24182.2.一一个个电电池池反反应应的的离离子子方方程程式式是是 Zn+CuZn+Cu2+2+=Zn=Zn2+2+Cu,+Cu,该反应的的原电池正确组合是(该反应的的原电池正确组合是()CABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl2023/5/2419三、原电池的正负极的判断方法三、原电池的正负极的判断方法 微观判断
16、微观判断(根据电子流动方向(根据电子流动方向)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还原反应的极发生还原反应的极宏观判断宏观判断:根据电极材料根据电极材料根据原电池电极发生根据原电池电极发生的反应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2023
17、/5/24201.1.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.CuB2.2.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()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C2023/5/24213.把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线四块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连组成原电池。若两两
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