化学选修4：《原电池》课件.ppt

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1、重庆市巫溪县中学校高2015级化学备课组第四章第四章 电化学基础电化学基础第一节第一节 原电池原电池 1 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电解池电解池【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氧化还原2 2、如右

2、图所示，组成的原电池：、如右图所示，组成的原电池：（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

3、为其电极反应为_,_,该反应该反应_反应反应.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还原还原一、原电池及其工作原理一、原电池及其工作原理1.1.定义：定义：将化学能转化为电能的装置叫做原电池将化学能转化为电能的装置叫做原电池。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还原原反反应应均均可可设计成原电池。设计成原电池。.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

4、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4.4.原电池的形成条件原电池的形成条件(4 4)形成闭合回路：形成闭合回路：（两电极用导线连接或直接接触）（两电极用导线连接或直接接触）（1 1）能自发进行的氧化还原反应能自发进行的氧化还原反应：电极和电解质溶液电极和电解质溶液 两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）（2 2）具有电解质溶液：具有电解质溶液：参与电极反应或构成内电路参与电极反应或构成内电路（3 3）两导体作电极两导体作电极：活动性不同的金属（或一种金属

5、和一种非金属导体如活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体如石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。两不活泼的导体石墨或两不活泼的导体石墨或PtPt等。（燃料电池电极等。（燃料电池电极）【特别提醒特别提醒】(4 4)有的原电池产生电流大，可以对外做功；有的原电池，有的原电池产生电流大，可以对外做功；有的原电池，电极上发生的反应极慢，产生的电流及其微弱，不能对外电极上发生的反应极慢，产生的电流及其微弱，不能对外做功。做功。（1 1）不要形成活泼金属一定作负极的思维定式。）不要形成活泼金属一定作负极的思维定式。（2 2）原电池中，电极材料可能与电解质

6、反应，也可能）原电池中，电极材料可能与电解质反应，也可能与电解质不反应。与电解质不反应。（3 3）形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接，也）形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接，也可以直接连接。可以直接连接。5.5.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例例1.1.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 CuSO4例例2.2.在盛有稀在盛有稀H H2 2SOSO4 4的烧杯中放入用导的烧杯中放

7、入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是的是()()(A)(A)正极附近的正极附近的SOSO4 42 2离子浓度逐渐增大离子浓度逐渐增大 (B)(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)(C)正极有正极有O O2 2逸出逸出 (D)(D)铜片上有铜片上有H H2 2逸出逸出D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盐桥盐桥失失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2H+2e-=H2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 2H+2e-=H2Zn-2e-=Zn2+

8、Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式离子方程式）（化学方程式化学方程式）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）阳离子阳离子外电路外电路内电路内电路6 6：原电池的工作原理：原电池的工作原理：1.1.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，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

9、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：例例3.3.市场上出售的市场上出售的“热敷袋热敷袋”，其主要成分是：，其主要成分是：铁屑、炭粉、木屑与少量铁屑、炭粉、木屑与少量NaClNaCl、水等。它在使、水等。它在使用之前，需要塑料袋与空气隔绝。使用时开启用之前，需要塑料袋与空气隔绝。使用时开启塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量放出。塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量放出。当使用完后还会发现有铁锈生成。当使用完后还会发现有铁锈生成。(1)(1)热敷袋使用时，为什么会放出热量？热敷袋使用时，为什么会放出热

10、量？(3)(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。试写出有关的电极反应式和化学方程式。(2)(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？么作用？(1)(1)热敷袋使用时，为什么会放出热量？热敷袋使用时，为什么会放出热量？(3)(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。试写出有关的电极反应式和化学方程式。利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。负极：负极：2Fe-4e2Fe-4e-=2Fe=2Fe2+2+正极：正极：O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-总反应：总反应：4Fe+3O4F

11、e+3O2 2+6H+6H2 2O=4Fe(OH)O=4Fe(OH)3 3(2)(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？用？碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电电池，加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。解质溶液。7 7、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提出问题：提出问题：左图是原电池，如果用左图是原电池，如果用它做电源，不但效率低，它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很而且时间稍长电流就很快减弱，因

12、此不适合实快减弱，因此不适合实际应用际应用。这是什么原因这是什么原因造成的呢？有没有造成的呢？有没有什么改进措施？什么改进措施？造成的主要原因：造成的主要原因：由于锌片与硫酸铜溶液直由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被

13、铜覆盖后，不再构成原当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池了，也就没有电流在产生。电池了，也就没有电流在产生。改进措施？改进措施？将锌片与硫酸铜溶液隔离将锌片与硫酸铜溶液隔离硫酸锌溶液硫酸锌溶液硫酸铜溶液硫酸铜溶液上述装置构成原电池了吗？为什么上述装置构成原电池了吗？为什么？怎样才能构成原电池呢？怎样才能构成原电池呢？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P71P71图图4-14-1）所示的原电池装置，你能解释它）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？的工作原理吗？盐桥中通常装有含琼胶盐桥中通常装有含琼胶的的KClKCl饱和溶液饱和溶液此装置优点：能稳定

14、长此装置优点：能稳定长时间放电时间放电盐桥在此的作用是什么？盐桥在此的作用是什么？改进后的装置为什改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？么能够持续、稳定的产生电流？阅读教材阅读教材7272页页得出结论得出结论盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触接触。（2 2）平衡电荷。）平衡电荷。在整个装置的电流回路中，溶液中的电在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是流通路是靠离子迁移完成靠离子迁移完成的。的。ZnZn失去电失去电子形成的子形成的ZnZn2+2+进入进入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，ZnSOZnSO4 4溶液

15、溶液因因ZnZn2+2+增多而带正电荷。同时，增多而带正电荷。同时，CuSOCuSO4 4则则由于由于CuCu2+2+变为变为Cu Cu，使得，使得 SOSO4 42-2-相对较多相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两而带负电荷。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，种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。造成电流中断。由于盐桥（如由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中阴）的存在，其中阴离子离子ClCl-向向ZnSOZnSO4 4溶液扩散和迁移，阳离溶液扩散和迁移，阳离子子K K+则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁移，分别中溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电

16、荷，保持溶液的电中性，因和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的 CuCu2+2+几乎完几乎完全沉淀下来。全沉淀下来。若电解质溶液与若电解质溶液与KClKCl溶液反溶液反应产生沉淀，可用应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。上述原电池装置是将什么反应的化学能转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写出其中负极和正极的电极反应式以

17、及该电池的总反应方程式。电池的总反应方程式。负极（锌片）：负极（锌片）：Zn 2e -=Zn 2+（氧化反应）（氧化反应）正极（铜片）：正极（铜片）：Cu2+2e -=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+Cu2+=Zn 2+Cu 电池符号电池符号：Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极负极 盐桥盐桥 正极正极（）（）盐桥的作用是什么？盐桥的作用是什么？可提供定向移动的阴阳离子，可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中性，盐桥保障了电子通过，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

18、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。总结总结.双液原电池的工作原理双液原电池的工作原理（）盐桥中装有饱和的（）盐桥中装有饱和的KClKCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出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 2）平衡电荷。）平衡电荷。(3)(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

19、流。8：原电池的设计：从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。（1）基本方法：以氧化还原反应为基础，确定原电池的正负极，电解质溶液及电极反应。其方法是：还原剂作负极，比负极不活泼的金属或非金属导体作正极，氧化剂的溶液做电解质溶液。（2 2）电解质溶液的选择：）电解质溶液的选择：电解质溶液电解质溶液一般一般要能够与负极发生反应，或者电解质要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质与负极发生反应（如空气中的氧溶液中溶解的其他物质与负极发生反应（如空气中的氧气）。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左气）。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

20、质溶液应右两个烧杯中的电解质溶液应 与与电极材料具有相同的阳电极材料具有相同的阳离子。离子。活泼性不同的两种金属活泼性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极铜作正极金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极正极金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅作负极，如铅蓄电池，铅作负极，PbOPbO2 2作正极作正极惰性电极。惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用如氢氧燃料电池中，两根电极均可用PtPt（3 3）电极的选择（电池的电极必须导电）电极的选择（电池的电极必须导电）例例4.4.依据氧化还原反应：依据

21、氧化还原反应：2Ag2Ag(aq)(aq)Cu(s)=Cu(s)=CuCu2 2(aq)(aq)2Ag(s)2Ag(s)设计的原电池如图所示。设计的原电池如图所示。盐桥盐桥XYACuSO4溶液溶液电流计电流计Ag请回答下列问题：请回答下列问题：(1)(1)电极电极X X的材料是的材料是_；电解质溶液电解质溶液Y Y是是_；(2)(2)银电极为电池的银电极为电池的_极，极，发生的电极反应为发生的电极反应为_X X电极上发生的电极反应为电极上发生的电极反应为_；(3)(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_电极。电极。铜铜(或或Cu)Cu)AgNOAgNO3 3溶液溶液正正2

22、Ag2Ag2e2e =2Ag=2AgCu-2eCu-2e =Cu=Cu2 2负负(Cu)(Cu)正正(Ag)(Ag)【练习练习】利用反应利用反应Zn+2FeClZn+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+ZnCl+ZnCl2 2 ，设计，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应画出原电池的示意图，并写出电极反应。(+)(-)G Zn Pt FeCl3溶液溶液负极负极（ZnZn）：）：Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+（氧化反应氧化反应）正极正极（PtPt或或C C）：）：2Fe2Fe3+3+

23、2e+2e-=2Fe=2Fe2+2+（还原反应还原反应）(+)(-)盐桥盐桥Zn C ZnCl2溶液溶液FeCl3溶液溶液 G 方法一：方法一：根据电极材料的性质确定。根据电极材料的性质确定。1.1.对于金属对于金属金属电极，金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；活泼金属是负极，不活泼金属是正极；2.2.对于金属对于金属非金属电极，非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；金属是负极，非金属是正极，如干电池等；3.3.对于金属对于金属化合物电极，化合物电极，金属是负极，化合物是正极。金属是负极，化合物是正极。方法二：方法二：根据电极反应的本身确定。根据电极反应的本身确定。失电子的

24、反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极；负极；得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极。正极。9：原电池的正负极的判断方法：原电池的正负极的判断方法方法三：方法三：根据电流方向或电子流动方向判断。根据电流方向或电子流动方向判断。方法四：方法四：根据电解质溶液内离子移动方向判断。根据电解质溶液内离子移动方向判断。方法五：方法五：根据电极变化判断：工作后，电极质量根据电极变化判断：工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极上放电，该极增加，说明溶液中的阳离子在电极上放电，该极活动性弱。活动性弱。方法六：方法六：根据电极现象判断：工作后，电极上有根据电极现象判断：工作后，电极上有气泡产生，说明

25、溶液中的氢离子在电极上放电，气泡产生，说明溶液中的氢离子在电极上放电，该极活动性弱。该极活动性弱。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

26、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：负极负极正极正极电极反应式和总反应式的书写电极反应式和总反应式的书写1.1.找出原电池的正负找出原电池的正负极极正极：正极：CuCu极极 负极：负极：ZnZn极极2.2.结合电解质溶液，找出氧化产结合电解质溶液，找出氧化产物和还原产物物和还原产物氧化产物：氧化产物：ZnZn2 2+还原产物：还原产物：CuCu3.3.写出电极反应式与总反应式写出电极反应式与总反应式负极（锌片）：负极（锌片）：Zn Zn 2e2e-=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（总化学方程式）：电池反应（总化学方程式）：Zn+CuZn+Cu2+2+=Zn=Zn2+2+Cu+Cu