人教版高中化学选修4课件：4.1 原电池（1）.ppt

1、 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 电化学电化学：指研究化学能与电能之间相互转指研究化学能与电能之间相互转 换的换的装置、过程装置、过程和和效率效率的科学。的科学。 过 程 及 装 置 分 过 程 及 装 置 分 按 电 化 学 反 应 按 电 化 学 反 应 2. 借助电流而发生反应及装置借助电流而发生反应及装置 (如如:电解池电解池) 1. 产生电流的化学反应及装置产生电流的化学反应及装置 (如如:原电池等原电池等) 1、原电池的定义：、原电池的定义： 2、原电池反应的本质：、原电池反应的本质： 3、构成原电池的条件：、构成原电池的条件： 将化学能转化为电能的

2、装置叫做原电池。将化学能转化为电能的装置叫做原电池。 氧化还原反应氧化还原反应 两个两个活动性不同的金属活动性不同的金属（或其中一种为（或其中一种为 非金属，即作导体用）作电极。非金属，即作导体用）作电极。 电解质溶液电解质溶液 形成闭合回路形成闭合回路 在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原 反应反应 Cu Zn 稀硫酸稀硫酸 - - - Zn2+ H+ H+ 灯泡灯泡 Zn2e- = Zn2+ 负极负极 正极正极 2H+2e-=H2 总反应式总反应式: : Zn+2H+= Zn2+H2 负负 正正 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应 现象现象： 锌棒溶

3、解，铜棒上有气泡锌棒溶解，铜棒上有气泡 原电池工作原理原电池工作原理 Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ 负极负极 正极正极 阳离子阳离子 阴离子阴离子 正极正极 负极负极 SO42- 原电池工作原理原电池工作原理 A e- 4 4、原电池反应原理、原电池反应原理 粒子流向粒子流向 电子：负极电子：负极正极正极 电流：正极电流：正极负极负极 溶液中阴离子溶液中阴离子负极负极 溶液中阳离子溶液中阳离子正极正极 电极电极 反应反应 负负极：极：氧氧化反应化反应 活泼金属失电子变阳离子活泼金属失电子变阳离子 正正极：极：还还原反应原反应 溶液中离子得电子溶液中离子得电子 总反应：负极金属与

4、电解质溶液的离子反应总反应：负极金属与电解质溶液的离子反应 5 5、原电池的正负极的判断方法、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： 根据电极材料根

5、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 根据电极质量的变化根据电极质量的变化 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 CuFe H2SO4 CuZn H2SO4 CuFe NaCl溶液溶液 CuFe NaCl溶液溶液 CuZn 酒精酒精 Cu Zn H2SO4H2SO4 A B C D E F M nZnZ 4OS2H N uC 4OS2H 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？ O V X V V X X X V V 思考与练习思考与练习 CuSO4 溶液溶液 思考：如何才能得到持续稳定的电流？思考：如何才能得到持续稳定的电流？

6、 分析：分析： 由于锌片与硫酸铜溶液直接接由于锌片与硫酸铜溶液直接接 触，铜在锌片表面析出，锌表面也触，铜在锌片表面析出，锌表面也 构成了原电池，进一步加速铜在锌构成了原电池，进一步加速铜在锌 表面析出，致使向外输出的电流强表面析出，致使向外输出的电流强 度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖 后，不再构成原电池，也就没有电后，不再构成原电池，也就没有电 流产生。流产生。 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 导线导线 在原有实验基础上进行改进，设计成一个能在原有实验基础上进行改进，设计成一个能 产生持续稳定电流的原电池。产生持续稳定电流的原

7、电池。 实验探究实验探究 锌铜原电池装置示意图锌铜原电池装置示意图 由两个半电池组成，锌由两个半电池组成，锌 和锌盐组成锌半电池，铜和和锌盐组成锌半电池，铜和 铜盐组成铜半电池；每个半铜盐组成铜半电池；每个半 电池中的电极与电解质溶液电池中的电极与电解质溶液 互不反应，中间通过盐桥连接互不反应，中间通过盐桥连接 形成闭合回路。形成闭合回路。 装置特点：装置特点： 盐桥的作用：盐桥的作用： （1）是离子通道，与外电路的电子通道相衔接；（）是离子通道，与外电路的电子通道相衔接；（2）是离）是离 子库，为保持溶液电中性，氧化作用产生的子库，为保持溶液电中性，氧化作用产生的Zn2+需要阴离子来需要阴离

8、子来 补充，补充，Cu2+发生还原反应，需要阳离子来补充；而作为发生还原反应，需要阳离子来补充；而作为KCl饱饱 和溶液盐桥有足够的离子供给，所以是离子库。和溶液盐桥有足够的离子供给，所以是离子库。 盐桥制法：盐桥制法：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(注意不要产生注意不要产生 裂隙裂隙)，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的饱和溶的饱和溶 液中即可。液中即可。 负极反应：负极反应： ZnZn- -2e2e- -= Zn= Zn2+ 2+ 正极反应：正极反应： CuCu2+ 2+2e +2e- - = Cu= Cu 电池总反应：电池总反应： Z

9、n+CuZn+Cu2+ 2+= Zn = Zn2+ 2+Cu +Cu 锌半电池锌半电池 铜半电池铜半电池 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 Cu2+2e- =Cu 阴离子阴离子 阳离子阳离子 负极负极 正极正极 阳离子阳离子 铜锌双液原铜锌双液原 电电 池池 原原 理理 外电路外电路 内电路内电路 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 2e- 电极反应总式：电极反应总式： 化学能化学能 电能电能 氧化还原反应氧化还原反应 原电池反应本质：原电池反应本

10、质： 活泼性不同活泼性不同 的两种金属。的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极如锌铜原电池，锌作负极，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，石墨棒作正极如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极 金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2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Pt （2）电池的电极材料必须能导电）电池的电极材料必须能导电 （1）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反）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，

11、则左右两个烧杯中的电解质溶液应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。与电极材料具有相同的阳离子。 6、原电池的设计、原电池的设计 1.根据上述原理根据上述原理,为获得较长时间的稳定电为获得较长时间的稳定电 流流,如何将必修如何将必修2中由“中由“Zn-稀稀H2SO4-Cu”组成组成 的原电池（如左下图）进行简单改装？的原电池（如左下图）进行简单改装？ 课堂练习（课堂练习（上述原理的应用）上述原理的应用） ZnSO4 H2SO4 A Zn Cu Cu Zn H2SO4 A 练习：练习： 利用利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu设计一个设计一个 原

12、电池，画出示意图，写出电极反应。原电池，画出示意图，写出电极反应。 负极负极：Fe 2e- =Fe2+ 正极：正极：Cu2+ +2e- =Cu Cu Fe CuSO4 FeSO4 Fe Cu CuSO4 请根据氧化还原反应请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 设计成原电池。设计成原电池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案? Cu Cu 2e- = Cu2+ 比比Cu不活泼的金属或石墨不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO 4 )3、FeCl3等等 负极：负极： 正极：正极： 电解质溶液：电解质溶液： 练 一 练 练 一 练

13、若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是 什么？什么？ 2. 2. 依据氧化还原反应：依据氧化还原反应： 2Ag2Ag+ +(aq) + Cu(s) = Cu(aq) + Cu(s) = Cu2+ 2+(aq) + 2Ag(s) (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 1）电极）电极X X的材是的材是 ； 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

14、极反应为 ； （3 3）外电路中的电子是从）外电路中的电子是从 电极电极 流向流向 电极。电极。 CuCu AgNOAgNO3 3 正正 X X AgAg 3.3.控制适合的条件，将反应控制适合的条件，将反应2Fe3+2I- 2Fe2+I2 设计成如右图所示的原设计成如右图所示的原 电池。下列判断电池。下列判断不正确不正确的是的是 A. A. 反应开始时，乙中石墨电极上反应开始时，乙中石墨电极上 发生氧化反应发生氧化反应 B. B. 反应开始时，甲中石墨电极上反应开始时，甲中石墨电极上 FeFe3+ 3+被还原 被还原 C. C. 电流计读数为零时，反应达到电流计读数为零时，反应达到 化学平衡

15、状态化学平衡状态 D. D. 电流计读数为零后，在甲中溶电流计读数为零后，在甲中溶 入入FeClFeCl2 2固体，乙中石墨电极为负极固体，乙中石墨电极为负极 D 7、原电池的表示方法：、原电池的表示方法： ( (- -) Zn|Zn) Zn|Zn2+ 2+ (C (C1 1) ) CuCu2+ 2+ (C (C2 2)|Cu (+)|Cu (+) “| |”表示液表示液- -固相有一界面；固相有一界面；“”表示盐桥。表示盐桥。 在有气体参加的电池中还要表明气体的压力，在有气体参加的电池中还要表明气体的压力， 溶液要表明浓度。溶液要表明浓度。 (1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。 ：

16、 例例1 下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强 的是（的是（ ） A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶 解，甲上有解，甲上有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； 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； 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 8、原电池原理应用、原电池原理应用 (2)比较反应速率快慢比较反应速率快慢 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

17、快的是（ ） A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸； B.纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸； C.粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸； D.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 (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) (2) (1) (3) 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 率由慢到快的顺序是率由慢到快的顺序是 (

18、4) (2) (1) (3) (4)判断溶液判断溶液pH值变化值变化 例例5： 在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为 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升气体，则流过导线的电子为 mol,溶溶 液的液的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 解得：解得： y 0.015 (mol) x 0.015 (mol) 3.75 10 4(mol/L ) pH -lg3.75 10 4 4 -lg3.75 0.015 根据电极

19、反应：根据电极反应： 正极：正极： 负极：负极： Zn2e-Zn2+ 2H+2e- H2 得：得： 2 2 22.4 x y 0.168 解：解： 0.20.1252 c(H+)余 余 2H+ 2eH2 3.4 0.015 4 -0.6 3.4 (5)原电池原理的综合应用原电池原理的综合应用 例例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、：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。炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启“热敷袋”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

20、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”是利用“热敷袋”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、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化. 氯化钠溶于水氯化钠溶于水,形成电解质溶液形成电解质溶液. 摩擦生热摩擦生热,产生启动反应的热量产生启动反应的热量, 使用“热敷袋”时受热均匀使用“热敷袋”时受热均匀. 化学电池的组成化学电池的组成 组成 负极 正极 电解质 电极材料 电极上发 生反应的 物质 电子流向 反应类型 能导电的物质能导电的物质 还原性较强的还原性较强的 物质物质(多是金多是金 属电极本身属电极本身) 氧化性较强氧化性较强 的物质的物质 酸溶液酸溶液 碱溶液碱溶液 盐溶液盐溶液 或或 熔融液熔融液 流出电子流出电子 流入电子流入电子 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应