《原电池》教学课件(教育精品).ppt
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1、第四章 电化学基础第一节第一节 原电池原电池学学 习习 目目 标标 1 1、进进一步一步认识认识原原电电池工作原理。池工作原理。2 2、知道原、知道原电电池的形成条件和池的形成条件和盐桥盐桥的作用。的作用。3、能写出常、能写出常见见原原电电池的池的电电极反极反应应和和 电电池反池反应应方程式。方程式。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:Zn
2、Zn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。负负ZnZn2e2e-=Zn=Zn2+2+氧化氧化正正2H2H+2e+2e-=H=H2 2还原还原回顾犹新:回顾犹新:(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
3、_,_,该反应该反应_反应反应.负负ZnZn2e2e-=Zn=Zn2+2+氧化氧化正正CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu还原还原回顾犹新:回顾犹新: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 Zn-2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2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)阳离子阳离子一、原一、原 电电 池池 原原 理理外电
4、路外电路内电路内电路2H+2e-=H2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向负阴离子向负极移动极移动阳离子向正阳离子向正极移动极移动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3.电极反应式:电极反应式:正极:正极:负极:负极:Zn2e-Zn2+4.总反应式:总反应式:Cu2+2e-=CuZn+Cu2+=Zn2+Cu探究与交流:探究与交流:电解质溶液为电解质溶液为H
5、2SO4溶液时,我们会看到两个现象:溶液时,我们会看到两个现象:1、电流计的指针发生偏移,并指示电子是由锌片流向铜片,、电流计的指针发生偏移,并指示电子是由锌片流向铜片,在铜片表面有大量气泡产生,而在锌片上也有大量气泡产生。在铜片表面有大量气泡产生,而在锌片上也有大量气泡产生。2、随着时间的延续,电流计、随着时间的延续,电流计 指针偏转的角度逐渐减小,指针偏转的角度逐渐减小,直至无电流通过。直至无电流通过。思考:你是如何认识上述两个实验现象?思考:你是如何认识上述两个实验现象?通过上述分析后,你是如何解决上述通过上述分析后,你是如何解决上述存在的问题?存在的问题?H2SO4溶液溶液 为了避免发
6、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)所示的)所示的原电池装置,你能解释它的工作原理吗?原电池装置,你能解释它的工作原理吗?探究与交流:探究与交流:电极材料电极材料电极名称电极名称得失电子得失电子电子流向电子流向反应类型反应类型电极反应式电极反应式总反应式总反应式电池符号电池符号:Zn Zn ZnSO ZnSO4 4 CuSOCuSO4 4 Cu Cu 负极负极 盐桥盐桥 正极正极1你怎样知道锌铜原电池的导线中有电子通过?你怎样知道锌铜原电池的导线中有电子通过?2原电池装置中的盐桥有什么作用?盐桥中有电子流过吗?原电池装置中的盐桥有什么作用?盐桥中有电
7、子流过吗?3原电池外电路电子的流动方向和内电路阴阳离子的移动原电池外电路电子的流动方向和内电路阴阳离子的移动 方向是怎样的?方向是怎样的?4若将锌铜原电池中的若将锌铜原电池中的Cu电极换成石墨,可以吗?为什么?电极换成石墨,可以吗?为什么?5.试判断用镁、铝作电极,氢氧化钠溶液作电解质溶液构成试判断用镁、铝作电极,氢氧化钠溶液作电解质溶液构成 原电池时的正、负极及电子得失情况。原电池时的正、负极及电子得失情况。探究与交流:探究与交流: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
8、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(可以)(可以)(不可以)(不可以)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;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或)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。金属氧化物)作电极。(2)电极
9、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)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。ABCFMN1.1.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?OVXVXXXV2.2.2.2.一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是 Zn+CuZn+CuZn+CuZn+Cu2+2+2+2+=Zn=Zn=Zn=Zn2+2+2+2+Cu,+Cu,+Cu,+Cu,该反应该反应该反应该反应的的原电池正确组合是(的的原电池正确组合是(的的原电池
10、正确组合是(的的原电池正确组合是()CA AB BC CDD正极正极正极正极ZnZnCuCuCuCuFeFe负极负极负极负极CuCuZnZnZnZnZnZn电解质溶液电解质溶液电解质溶液电解质溶液CuClCuCl2 2HH2 2SOSO4 4CuSOCuSO4 4HClHCl原电池正负极的判断方法原电池正负极的判断方法(1)根据组成原电池的两极材料判断:根据组成原电池的两极材料判断:一般是活泼的金属为负极;活泼性较弱的金属或能导电的非金属一般是活泼的金属为负极;活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。为正极。(2)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:电子流出的电极是
11、负极,电子流入的电极是正极,而电流是电子流出的电极是负极,电子流入的电极是正极,而电流是由正极流向负极。由正极流向负极。(3)根据原电池中电解质溶液内离子的定向流动方向判断:根据原电池中电解质溶液内离子的定向流动方向判断:在原电池的电解质溶液内,阳离子移向的极是正极,阴离子在原电池的电解质溶液内,阳离子移向的极是正极,阴离子 移向的极是负极。移向的极是负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断:根据原电池两极发生的变化来判断:失去电子发生氧化反应的电极是负极,得到电子发生还原反失去电子发生氧化反应的电极是负极,得到电子发生还原反 应的电极是正极。应的电极是正极。原电池正负极的判断方法原电池正负
12、极的判断方法(5)根据现象判断:根据现象判断:一般溶解的一极为负极,增重或有气泡放出的一极为正极。一般溶解的一极为负极,增重或有气泡放出的一极为正极。(6)根据化合价的变化来判断:根据化合价的变化来判断:在原电池的总反应方程式中,有元素化合价升高的物质作在原电池的总反应方程式中,有元素化合价升高的物质作负极,有元素化合价降低的物质作正极。负极,有元素化合价降低的物质作正极。1根据反应:根据反应:HClNaOH=NaClH2O能设计出原电池吗?能设计出原电池吗?2X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。构成原电池。X、Y相连时,相
13、连时,X为负极;为负极;Z、W相连时,电流方向相连时,电流方向是是WZ;X、Z相连时,相连时,Z极上产生大量气泡;极上产生大量气泡;W、Y相连时,相连时,W极发生氧化反应。你能判断出四种金属的活动性顺序吗?极发生氧化反应。你能判断出四种金属的活动性顺序吗?不能;因为这个反应不是氧化还原反应,没有电子的不能;因为这个反应不是氧化还原反应,没有电子的 转移,不符合原电池的构成条件。转移,不符合原电池的构成条件。【答案答案】XZWY。判断右边原电池的正、负极,判断右边原电池的正、负极,并写出电极反应式。并写出电极反应式。Cu CCu CFeClFeCl3 3溶液溶液负极:负极:CuCu 失电子失电子
14、 CuCu -2e2e-=CuCu2+2+正极:正极:FeFe3+3+得电子得电子 2Fe2Fe3+3+2e2e-=2Fe2Fe2+2+A A Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=CuCl=CuCl2 2+2FeCl+2FeCl2 2先写出总反应:先写出总反应:即即 负极与电解质溶液反应负极与电解质溶液反应拆成离子方程式:拆成离子方程式:CuCu +2Fe2Fe3 3 =CuCu2 2 +2Fe2Fe2 2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极三、电极方程式的书写三、电极方程式的书写1.简单原电池电极方程式的写法简单原电池电极方程式的写法请写出请写出右边原电池的右边原电池的电极电
15、极方程式。方程式。总反应方程式:总反应方程式:负极:负极:AlAl,失,失e e-2Al -6e 2Al -6e 2 2Al3+2Al2Al3+3+8OH+8OH-=2AlO=2AlO2 2-+4H+4H2 2OO 负负负负极反极反极反极反应:应:应:应:2Al+8OH2Al+8OH-6e6e 2AlO2AlO2 2-+4H+4H2 2O O 正正正正极极极极反应:反应:反应:反应:6H6H2 2O O 6e6e 6OH6OH 3H3H2 2 拆成离子方程式:拆成离子方程式:2Al+2OH+2H2O =2AlO2+3H2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极2Al+2NaOH+2H2
16、O=2NaAlO2+3H2Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A A3.3.利用原电池原理设计新型化学电池;利用原电池原理设计新型化学电池;2.2.改变化学反应速率,如实验室用粗锌与硫改变化学反应速率,如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气;酸反应制取氢气;1.1.进行金属活动性强弱比较;进行金属活动性强弱比较;4.4.电化学保护法,即将金属作为原电池的正极电化学保护法,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。而受到保护。如在铁器表面镀锌。四、原电池的主要应用:四、原电池的主要应用:5.5.解释某些化学现象解释某些化学现象(1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。例例1:下列叙述中,
17、可以说明金属甲比乙活泼性强的是下列叙述中,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;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,甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中,乙溶解,甲 上有上有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;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)(2)比较反应速率比较反应速率例例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快的是粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸;盐酸;B.A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸;硫酸;
18、纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸;硫酸;C.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.(D)(3)原电池的设计原电池的设计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,铅作负极,如铅蓄电池,铅作负极,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(电池的电极必须导电)(电池的电极必
19、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 与与电电极材料具有相同的阳离子极材料具有相同的阳离子。请请根据氧化还原反应根据氧化还原反应: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(SO4)3、FeCl3等等负极:负极:正极:正极:电解质溶液:电解质溶液:练练一一
20、练练2023/4/12新型燃料电池新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内,而是在工作时,不断从外界输入,藏在电池内,而是在工作时,不断从外界输入,同时将电极反应产物不断排出电池同时将电极反应产物不断排出电池2023/4/12氢氧燃料电池氢氧燃料电池2023/4/12干电池干电池(普通锌锰电池)普通锌锰电池)干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极,位于中央的顶盖有负极,位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极,在石铜帽的石墨作正极,在石墨周围填充墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电解质溶液,还和淀粉作电
21、解质溶液,还填充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2,防止产生极化,防止产生极化现象。电极总的反应式为:现象。电极总的反应式为:Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4Cl=ZnClCl=ZnCl2 2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O请写出各电极的电极反应。请写出各电极的电极反应。2023/4/12氢氧燃料电池氢氧燃料电池 优点:能量转化率高,可持续使优点:能量转化率高,可持续使优点:能量转化率高,可持续使优点:能量转化率高,可持续使用,用,用,用,对环境友好对环境友好对环境友好对环境友好 用
22、途:宇宙飞船,应用前景广阔用途:宇宙飞船,应用前景广阔用途:宇宙飞船,应用前景广阔用途:宇宙飞船,应用前景广阔负极负极负极负极 :2H:2H2 2+4OH+4OH-4e4e-4H4H2 2O O 正极正极正极正极 :O:O2 2+2H+2H2 2OO4e4e-4OH4OH-总反应方程式总反应方程式总反应方程式总反应方程式 :2H2H2 2OO2 22H2H2 2OO(-)NiNiNiNi(多孔)(多孔)(多孔)(多孔)KOHKOHKOHKOH(溶液)(溶液)(溶液)(溶液)NiONiONiONiO2 2 2 2(+(+(+(+)2.2.燃料电池电极方程式的写法燃料电池电极方程式的写法 总反应:
23、总反应:实际上就是燃料的完全燃烧。实际上就是燃料的完全燃烧。负极(通入燃料):负极(通入燃料):为燃料失去电子的氧化反应,为燃料失去电子的氧化反应,正极(通入氧化剂):正极(通入氧化剂):为氧化剂得到电子的还原反应。为氧化剂得到电子的还原反应。以以PtPt为电极,电解质溶液为为电极,电解质溶液为 KOHKOH溶液的氢氧燃料电池为例溶液的氢氧燃料电池为例负极总反应负极总反应:2H:2H2 2-4e-4e-+4OH+4OH-4H4H2 2O O正极正极:总反应正极反应总反应正极反应 总反应:总反应:2H2H2 2+O+O2 22H2H2 2O O负极负极:H:H2 2 失失e e4H4H+4OH+
24、4OH-4H4H2 2O O2H2H2 2-4e-4e-4 H4 HO O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-4OH4OH-1、溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响?、溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响?在书写电极反应式时一定要注意电解质是什么,其中的在书写电极反应式时一定要注意电解质是什么,其中的离子要和电极反应式中出现的离子相对应。碱性电解质离子要和电极反应式中出现的离子相对应。碱性电解质溶液中,电极反应式中不能出现溶液中,电极反应式中不能出现H;酸性电解质溶液;酸性电解质溶液中,电极反应式中不能出现中,电极反应式中不能出现OH。2燃料电池的两电极反应有何特点?燃料电池的两电极反应
25、有何特点?两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料一般两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料一般表现为失去电子,在电源负极通入。常用的氧化剂是氧气,在表现为失去电子,在电源负极通入。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,在电源正极通入。反应中表现为得到电子,在电源正极通入。2023/4/12氢氧燃料电池氢氧燃料电池介质介质电池反应电池反应:2H2H2 2+=2H=2H2 2OO 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4O
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