高中化学课件:4原电池 40页

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  • 2021-07-09 发布

高中化学课件:4原电池

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第四章 电化学基础 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 ①产生电流的反应→→原电池 ②借助电流而发生的反应→→原电池 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: 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_____ 反应. 负 Zn-2e- = Zn2+ 氧化 正 2H+ +2e- =H2↑ 还原 负 Zn-2e- =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 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu (离子方程式) (化学方程式) 电 极 反 应 正极: 负极: (氧化反应) (还原反应) 阳离子 外电路 内电路 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: Zn-2e-= 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? 硫酸铜 硫酸铜 此电池的优点: 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, 用棉花都住管口即可。 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。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): Zn-2e- =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+ + Cu 电池符号: Zn ︱ ZnSO4‖ CuSO4 ︱ Cu 负极 盐桥 正极 一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究 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 适当方式连接,可以获得电流。 ①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。 ②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。 练习:锌铜原电池产生电流时,阳离子( ) A 移向Zn 极,阴离子移向Cu 极 B 移向Cu 极,阴离子移向Zn 极 C 和阴离子都移向Zn极 D 和阴离子都移向Cu 极 B 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 (2)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。 CuFe H2SO4 CuZn H2SO4 CuFe NaCl溶液 CuFe NaCl溶液 CuZn 酒精 CuZn H2SO4 H2SO4 A B C D E F M nZ nZ 4OS2H N nZ Cu 4OS2Cu uC 4OS2H 1.下列哪几个装置能形成原电池? O V XV V X X X X V A B C D 正极 Zn Cu Cu Fe 负极 Cu Zn Zn Zn 电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl 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: ①根据电极材料 ②根据原电池电极发生 的反应 ③根据电极增重还是减重 ④根据电极有气泡冒出: ——负极 ——正极 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,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 ( ) A.a > b > c > d B.a > c > d > b C.c > a > b .> d D.b > d > c > a B 4、如图所示,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线 将其悬在盛水的烧杯中,使之平衡;小心的向烧杯 中央滴入CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是 ( D ) A. 铁圈和银圈左右摇摆不定 B. 保持平衡状态 C. 铁圈向下倾斜,银圈向上倾斜 D. 银圈向下倾斜,铁圈向上倾斜 1.简单原电池电极方程式的写法 ①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+ A 先写出总反应:即 负极与电解质溶液反应 拆成离子方程式: 根据化合价升降判断正负极 三、电极方程式的书写 1.简单原电池电极方程式的写法 ②请写出右边原电池的电极方程式。 总反应方程式: Mg Al NaOH溶液 A 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↑ 负极总反应: 2H2 - 4e- + 4OH- =4H2O 正极: 总反应-负极反应 总反应:2H2+ O2=2H2O 负极: H2 失e- 4H+ + 4OH- =4H2O 2H2 - 4e- = 4 H+ O2 + 2H2O + 4e- =4OH- 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 Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4↓+2H2O 练习:写出铅酸蓄电池的电极反应: 四、原电池的设计 ①活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池,锌作负极,铜作正极 ②金属和非金属。如锌锰干电池,锌作负极,石墨棒作正极 ③金属和化合物。如铅蓄电池,铅版作负极,PbO2作正极 ④惰性电极。如氢氧燃料电池中,两根电极均可用Pt (电池的电极必须导电) 电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分 别在两个烧杯中进行,则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电 极材料具有相同的阳离子。 请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 设计成原电池。你有哪些可行方案? Cu Cu – 2e- = Cu2+ 比Cu不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO4 )3、FeCl3等 负极: 正极: 电解质溶液: 练 一 练 若是采用烧杯和盐桥装置图,采用的电解质溶液又是 什么?试画出原电池的装置简图。 1.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 酸反应制取氢气; 3.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 而受到保护。如在铁器表面镀锌。 五、原电池的主要应用: 5.解释某些化学现象 (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) 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 ) 原电池原理应用: (3)比较金属腐蚀的快慢 例3:下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 (5) (2) (1) (3) (4) 原电池原理应用: 例4: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5: 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 =0.015 (mol) x =0.015 (mol) = =3.75× 10﹣ 4(mol/L ) ∴pH =-lg3.75 ×10-4 =4 -lg3.75 答:…… -0.015 根据电极反应: 正极: 负极: Zn-2e-=Zn2+ 2H++2e- =H2↑ 得: 2 2 22.4 x y 0.168 解: 0.2×0.125×2c(H+)余∴ 2H+ —— 2e——H2↑ 大 0.015 原电池原理应用: (5)原电池原理的综合应用 例6: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。 1)“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 原电池原理应用: 拓展练习 (1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的 现象。 两极反应式为:正极 ; 负极 。 该装置将 能转化为 能。 (2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液, 则负极为 , 总反应方程为 。 镁逐渐溶解,铝极上有气泡冒出,电流表指针发生偏转; 2H++2e—=H2↑ Mg-2e—=Mg2+ 化学能 电能 Al 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 小 结 1定义: (1)由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理 原电池 把化学能转化成电能的装置。 2、原电池的工作原理 较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极) 通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。 负极 正极 电子流向 电流流向 (2)形成原电池的条件 (3)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)