高二化学原电池原理及其应用.ppt

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1、第四节第四节原电池原理及其应用原电池原理及其应用教学目标教学目标:1.掌握原电池的原理及形成条件掌握原电池的原理及形成条件,简单简单电极反应的书写电极反应的书写.2.了解原电池原理的基本应用以及新了解原电池原理的基本应用以及新型化学电池的原理型化学电池的原理.3.掌握金属腐蚀掌握金属腐蚀电化学腐蚀的实质电化学腐蚀的实质.自然界中的能量转化与守衡自然界中的能量转化与守衡1.风能风能,太阳能太阳能,水的势能转化为电能水的势能转化为电能.2.6CO2+6H2OCC6 6H H1212O O6 6+O+O2 2,植物利用叶植物利用叶绿素通过光合作用将太阳能转化为化绿素通过光合作用将太阳能转化为化学能学

2、能.3.C+O3.C+O2 2=CO=CO2 2,通过燃烧将化学能转化为通过燃烧将化学能转化为光能和热能光能和热能.疑问疑问:化学能能否转化为化学能能否转化为电能电能?哪些化学反应的化学能可以转化为电能哪些化学反应的化学能可以转化为电能?回忆回忆:根据金属的活动顺序根据金属的活动顺序,将将Fe,Cu棒分别插棒分别插入稀硫酸中入稀硫酸中,可以观察到什么现象可以观察到什么现象?反应原理反应原理?追问并演示追问并演示:若将若将Fe,Cu棒相连后再插入稀硫酸棒相连后再插入稀硫酸,现象还相同吗现象还相同吗?尤其注意尤其注意Cu棒表面的现象棒表面的现象?Fe+H2SO4=FeSO4+H2,氧化氧化还还原反

3、原反应应,Fe失失电电子子,H+得到得到电电子子.问题问题1:铜棒表面的气泡是什么物质铜棒表面的气泡是什么物质?它是溶液的它是溶液的什么离子什么离子形成的形成的?2.该离子形成气体过程中该离子形成气体过程中,是需要是需要得到电子还是失去电子得到电子还是失去电子?发生什么反应发生什么反应?3.铜棒和铁棒铜棒和铁棒谁谁发生反应了发生反应了?铜棒的表面的电子是哪儿来的呢铜棒的表面的电子是哪儿来的呢?疑问疑问:已知电子在导体中定向移动已知电子在导体中定向移动,可以形成电流可以形成电流.那么利用怎样的方法可以证明上述实验中有电子那么利用怎样的方法可以证明上述实验中有电子移动或电流产生移动或电流产生?演示

4、演示:铜片和锌片用导线相连并连入电流表铜片和锌片用导线相连并连入电流表,然后然后插入稀硫酸溶液中插入稀硫酸溶液中,观察铜棒表面以及电流表现象观察铜棒表面以及电流表现象.现象现象:Cu表面产生气泡表面产生气泡,电流表指针发生偏转电流表指针发生偏转.说明该装置中有电流产生说明该装置中有电流产生.上述过程上述过程:Zn:Zn-2e-=Zn2+,氧化反应氧化反应.Cu:2H+2e-=H2,还还原反原反应应.小结小结:上述这种利用氧化还原反应原理上述这种利用氧化还原反应原理,把化学能转把化学能转化为电能的装置化为电能的装置,称为原电池称为原电池.介绍结构介绍结构:Zn和和Cu称为电极称为电极.其中其中Z

5、n是电子是电子流出的一极称为负极流出的一极称为负极;Cu是电子流进的一极称为正极是电子流进的一极称为正极.稀硫酸称稀硫酸称为电解质溶液为电解质溶液.趣味实验趣味实验:水果电池水果电池.+-e-I正极正极,还原反应还原反应负极负极,氧化反应氧化反应阳离子移动阳离子移动 思考 下列各装置能否形成原电池反应？能形成原电池反应的，指出电极名称，写出电极方程式，指出电子流动方向；不能形成原电池反应的说明原因。CuZnH2SO4CuZnH2SO4CuZn酒精酒精CuAgH2SO4CuAgAgNO3CuZnH2SO4CuZnH2SO4CuZnH2SO4小结小结:构成原电池的条件构成原电池的条件:1.两个活性

6、不同的电极两个活性不同的电极(活泼的电极做负极活泼的电极做负极)2.电解质溶液电解质溶液3.形成闭合回路形成闭合回路4.发生氧化还原反应发生氧化还原反应.问题问题巩巩固固练练习习1.利用下列物质组成原电池利用下列物质组成原电池,并判断电极并判断电极,写出相写出相应的反应式应的反应式.(1)Fe-C,稀硫酸溶液稀硫酸溶液(2)FeCu,FeCl3溶液溶液(3)AlCu,浓浓HNO3第二课时第二课时了解原电池原理的基本应用了解原电池原理的基本应用以及新型化学电池的原理以及新型化学电池的原理.复习巩固复习巩固:1.形成原电池的条件是什么形成原电池的条件是什么?原电池的电极名称原电池的电极名称怎么确定

7、怎么确定?两极分别发生什么反应两极分别发生什么反应?2.利用下列物质组合或设计原电池利用下列物质组合或设计原电池,判断正负电判断正负电极以及两极上的现象极以及两极上的现象,写出电极反应式及反应类写出电极反应式及反应类型型.1.AlFe,盐酸盐酸;2.ZnPt,CuSO4溶液溶液.3.3Cu+8稀稀HNO3-3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,4.2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+问题问题:在在CuZn,硫酸原电池中反应的实质还是硫酸原电池中反应的实质还是Zn与硫酸发生反应产生与硫酸发生反应产生H2,但是但是H+是到正极是到正极Cu片片上得到电子的上得到电子的,这样的反应与这样的反应与Zn直接

8、跟硫酸反应直接跟硫酸反应产生气体快慢是否有所不同呢产生气体快慢是否有所不同呢?演示演示:1.纯锌投入稀硫酸中纯锌投入稀硫酸中,观察现象观察现象.2.纯锌投入稀硫酸中纯锌投入稀硫酸中,再滴入几滴再滴入几滴CuSO4溶液溶液,观察产生气泡的快慢观察产生气泡的快慢.问题问题:如何解释实验如何解释实验2反应产生的气体速率加快反应产生的气体速率加快?问题问题2:已知原电池中负极的活泼性一般强于正极已知原电池中负极的活泼性一般强于正极,试完成下列金属的比较试完成下列金属的比较.把把a,bc,d四块金属与电解四块金属与电解质形成原电池时质形成原电池时,如将如将a,d相连插入相连插入FeCl3中中,发现发现a

9、变细变细;将将b,c相连插入相连插入CuSO4中中,发现发现b上有红色物上有红色物质析出质析出;将将a,b相连后插入相连后插入CH3COOH溶液中溶液中,发现发现a上有气泡产生上有气泡产生.则上述金属的活泼性由强到弱的则上述金属的活泼性由强到弱的顺序是顺序是.cbad练习练习1:在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4溶液的浓溶液的浓度为度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共若工作一段时间后，从装置中共收集到收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为升气体，则流过导线的电子为mol,溶液的溶液的pH值为值为？（溶液体积变化忽略不计）（溶液体积变化忽略不计）0.2

10、解得：解得：y0.015(mol)x 0.015(mol)3.7510 4(mol/L)pH-lg3.751044-lg3.75答：答：0.015根据电极反应：根据电极反应：正极：正极：负极：负极：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2得：得：2222.4x y0.168解：解：0.20.1252c(H+)余余2H+2eH2小结小结:原电池的基本应用原电池的基本应用(1)形成原电池可以加快某些化学反应的速率形成原电池可以加快某些化学反应的速率.(2)根据原电池的正负极根据原电池的正负极,可以比较金属活泼性可以比较金属活泼性.(3)判断溶液的酸碱性判断溶液的酸碱性.(4)制备各种化学电池制备各种化学

11、电池.(5)金属防护金属防护电化学腐蚀电化学腐蚀.制作各种化学电池制作各种化学电池:(1)干电池干电池.演示演示:ZnC,NH4Cl溶液组成的原电池溶液组成的原电池.判断正负极以及电极反应式判断正负极以及电极反应式.干电池原理正极正极:2NH4+2e-=2NH3+H2,还原反应还原反应.负极负极:Zn-2e-=Zn2+,氧化反应氧化反应.其中产生的其中产生的NH3,H2都被吸收都被吸收:4NH3+ZnCl2=Zn(NH3)4Cl2,H2+2MnO2=Mn2O3+H2O现在更常用的是体积小现在更常用的是体积小,性能更好的碱性锌锰电性能更好的碱性锌锰电池池,其容量和放电时间都要比普通锌锰电池增加其

12、容量和放电时间都要比普通锌锰电池增加几倍呢几倍呢.(2)铅蓄电池铅蓄电池:-汽车上常用汽车上常用.12 正极：PbO2 2 (2)铅畜电池 负极：Pb 电解质溶液：稀H2 2SO4 4 练习 铅蓄电池在放电时的电极反应式和总的反应式。负极负极(Pb):Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极正极(PbO2):PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O总反应式总反应式:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(3)锂电池：质量轻，电压高，工作效率高，贮存寿命长。锂电池：锂电池以锂作负极，非水有机溶剂如锂电池：锂电池以锂作负极，非水有机溶剂如环脂、直链脂及酰胺等和无机溶剂

13、作溶剂，以环脂、直链脂及酰胺等和无机溶剂作溶剂，以锂盐锂盐LiClO4、LiAlCl4、LiAsF4等为电解质。等为电解质。由于锂密度低，电极电位负值高、延展性好，由于锂密度低，电极电位负值高、延展性好，使得锂电池有比容量大、电压高、电阻低的优使得锂电池有比容量大、电压高、电阻低的优点，同时电池材料中无一种可能对环境造成污点，同时电池材料中无一种可能对环境造成污染。被广泛地应用于心脏起搏器、电子表、计染。被广泛地应用于心脏起搏器、电子表、计算器。算器。如如:Li+MnO2=LiMnO2(4)新型燃烧电池（阅读P.105并思考：在新型燃烧电池工作时，有没有发生燃烧现象？）练习已知氢氧燃烧电池工作

14、时，分别向两个惰性电极上通入氢气和氧气，并以NaOH溶液为电解液，试写出电极反应式和总的反应式。12大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池可用两个多孔石墨电极（分别含有不同的催化剂）插入作为电解质的30%的KOH水溶液中，氧气和氢气分别不断通入正极和负极并不断被消耗。两极发生的电化学反应负极负极:H2+2OH-2e=2H2O,正极正极:(1/2)O2+H2O+2e=2OH-总反应为:H2+(1/2)O2=H2O经采用适当措施以适应在失重情况下运转的这种类型的燃料电池曾在1967年首次被用作阿波罗宇宙飞船的电源。练习 甲烷燃烧电池的电极反应式和总的反应式负极负极:CH4+10OH-8e-=

15、CO32-+7H2O正极正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O 思考 为什么废旧电池必须回收，不能乱扔？防止重金属离子污染环境如Hg2+,Cd2+回收利用有色金属，节约资源 练习1 铝-海水电池利用空气作氧化剂，海水为电解液，常作于航海标志灯。试写出该电池的电极反应式和总的反应方程式。练习练习2:判断下列电池的正负电极以及电解质判断下列电池的正负电极以及电解质溶液的酸碱性溶液的酸碱性.1.镍镉电池镍镉电池:NiO2+Cd+2H2O=Cd(OH)2+Ni(OH)2;2.银锌电池银锌电池:Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2纽扣

16、纽扣电池电池.3.氢镍电池氢镍电池:1/2H2+NiO(OH)=Ni(OH)2第三课时第三课时金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护一一.金属的腐蚀金属的腐蚀:金属制品如钢铁制品出现红色锈斑金属制品如钢铁制品出现红色锈斑,铝制品会铝制品会出现白色斑点出现白色斑点,铜器表面出现铜绿等铜器表面出现铜绿等,类似的金类似的金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程学反应而腐蚀损耗的过程,称为金属腐蚀称为金属腐蚀.问题问题:那金属腐蚀的本质是什么呢那金属腐蚀的本质是什么呢?M-ne-=Mn+,金属原子失去电子变成阳离子的过程金属原子失去电子变成阳离子的

17、过程.即金属在腐蚀过程中发生氧化还原反应即金属在腐蚀过程中发生氧化还原反应.金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型:1.化学腐蚀化学腐蚀:金属跟接触到的物质直接发生化学金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀反应而引起的腐蚀.如铁跟氯气直接反应而腐蚀如铁跟氯气直接反应而腐蚀;钢管被原油中的含硫化合物腐蚀等钢管被原油中的含硫化合物腐蚀等.2.电化学腐蚀电化学腐蚀:不纯不纯的金属跟的金属跟电解质溶液电解质溶液接触时接触时,会会发生原电池反应发生原电池反应,比较活泼的金属比较活泼的金属失电子而失电子而被被氧化的腐蚀氧化的腐蚀.例如钢铁在潮湿空气中所发生的腐例如钢铁在潮湿空气中所发生的腐蚀就是电化学腐蚀蚀

18、就是电化学腐蚀.疑问疑问:金属在潮湿的空气中金属在潮湿的空气中,最常见的是电化学最常见的是电化学腐蚀腐蚀,其发生的本质原因是什么呢其发生的本质原因是什么呢?钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意示意图图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意示意图图原因原因:钢铁本身是铁和碳的合金钢铁本身是铁和碳的合金,当钢铁表面形当钢铁表面形成电解质时成电解质时,Fe-C与电解质溶液组合成无数微与电解质溶液组合成无数微小原电池小原电池.酸性溶液中酸性溶液中弱酸性或中性溶液中弱酸性或中性溶液中钢铁的电化学腐蚀钢铁的电化学腐蚀钢铁析氢腐蚀时钢铁析氢腐蚀时:-酸性酸性负极负极:Fe-2e-=Fe2+;正极正极C:2H+2e-=

19、H2吸氧腐吸氧腐蚀蚀:-中性或弱酸性中性或弱酸性.负负极极:Fe-2e-=Fe2+;正极正极C:O2+2H2O+4e-=4OH-小结小结:电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因,而而其中更普遍的是其中更普遍的是吸氧腐蚀吸氧腐蚀.疑问疑问:既然我们了解了金属腐蚀的本质既然我们了解了金属腐蚀的本质,尤其是电尤其是电化学腐蚀中吸氧腐蚀化学腐蚀中吸氧腐蚀,那我们应该采取怎样的措那我们应该采取怎样的措施来保护金属施来保护金属,使其避免腐蚀呢使其避免腐蚀呢?二二.金属的防护金属的防护:1.改变金属内部结构改变金属内部结构,如加入如加入Ni形成不锈钢形成不锈钢.2.金属表面覆盖

20、保护层金属表面覆盖保护层.如喷漆如喷漆,涂油涂油,电镀电镀,喷镀表面钝化等使金属与电解质隔离喷镀表面钝化等使金属与电解质隔离.常见的如在铁表面镀锡形成马口铁常见的如在铁表面镀锡形成马口铁,镀锌形成白镀锌形成白铁皮或涂铝粉漆就是为了防护金属的腐蚀铁皮或涂铝粉漆就是为了防护金属的腐蚀.问题问题:若白铁皮和马口铁表层都有部分被破若白铁皮和马口铁表层都有部分被破坏坏,则它们的防腐蚀能力还存在吗则它们的防腐蚀能力还存在吗?3.以牙还牙以牙还牙利用电化学原理进行防护利用电化学原理进行防护牺牲阴极牺牲阴极的阳极保护法的阳极保护法.原理原理:形成原电池反应时，让被保护金属做正极，形成原电池反应时，让被保护金属

21、做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。例如上述已被损坏的白铁皮蚀。例如上述已被损坏的白铁皮.牺牲阴极的阳极保护法原理及应用牺牲阴极的阳极保护法原理及应用练练习习1。如图如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈若液面上升，则溶液呈性，发生性，发生腐蚀腐蚀,电极反应式为：负极：电极反应式为：负极：,正极：正极：；若液面下降，则溶液呈若液面下降，则溶液呈性，发生性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：腐蚀，电极反应式为：负极：正极：正极：。（2）中性或碱性中性或碱性吸氧吸氧Fe2e

22、-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸性酸性析氢析氢Fe2e-Fe2+2H+2e-H22.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)3.下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后片，放置一段时间后腐蚀速率由腐蚀速率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是(4)(2)(1)(3)4、分析右图，按要求写出有关反应方程式：分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）、铁棒上的电极反应式为：）、铁棒上的电极反应式为：（2）、碳棒上的电极反应式为：）、碳棒上的电极反应式为：（3）、溶液中发生反应的化学方程式：）、溶液中发生反应的化学方程式：5、镍镍镉可充电电池可发生如下反应：镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A.Cd,（D）B.NiO(OH),D.Ni(OH)2C.Cd(OH)22Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3O2+2H2O+4e-4OH-2Fe4e-2Fe2+湖北代怀孕 湖北代怀孕 勋痋耶