高中化學 1.1.2原電池原理復習課件 蘇教版選修4.ppt

本部分知識,1、單液原電池構成和工作原理 2、雙液原電池構成和工作原理 3、原電池原理的應用 4、電極反應式的書寫 5、一些常見的化學電源,知識儲備,1、電流是如何形成的？電流的方向如何判斷？ 2、哪些物質(zhì)能導電？能導電的原因是什么？ 3、氧化還原反應的本質(zhì)是什么？如何熟練判斷氧化劑、還原劑、氧化反應、還原反應？,課堂引入,已經(jīng)學過化學能與熱能能相互轉(zhuǎn)化的原因，那么，你是否可推測化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的原因？, 將Zn片插入H2SO4溶液中有什么現(xiàn)象？為什么？, 將Cu片插入H2SO4溶液中有什么現(xiàn)象？為什么？,演示探究,，若將Zn片,Cu片用一導線連接再浸在H2SO4溶液中，有什么現(xiàn)象？為什么？,，將一Zn片,Cu片平行插入H2SO4溶液中，有什么現(xiàn)象？為什么？,，導線間接一電流計有何現(xiàn)象產(chǎn)生？為什么？,，用一干電池連接電流計驗證電子流向，確定Zn片, Cu片的正負極是怎樣的？,銅片上沒有明顯現(xiàn)象，鋅片上有無色氣體產(chǎn)生。,銅片上沒有明顯現(xiàn)象，鋅片上有無色氣體產(chǎn)生。,銅片上有無色氣體產(chǎn)生，鋅片無明顯現(xiàn)象。,銅片上有無色氣體產(chǎn)生，鋅片無明顯現(xiàn)象，電流計發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,思考,1、銅片上有H2產(chǎn)生，說明在銅片附近發(fā)生了什么反應？ 2、電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因可能是什么？ 3、你能否分析在Zn極和Cu極上可能發(fā)生什么變化，并說明在原電池中產(chǎn)生電流的原因 4、試小結(jié)所得到的實驗和討論結(jié)論,銅片上沒有明顯現(xiàn)象，鋅片上有無色氣體產(chǎn)生。,銅片上沒有明顯現(xiàn)象，鋅片上有無色氣體產(chǎn)生。,銅片上有無色氣體產(chǎn)生，鋅片無明顯現(xiàn)象。,銅片上有無色氣體產(chǎn)生，鋅片無明顯現(xiàn)象，電流計發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,H+在銅片上得到電子被還原成氫氣。,H+在銅片上得到電子被還原成氫氣，說明有電子從鋅片流入到銅片.,結(jié)論小結(jié),1、原電池反應中，產(chǎn)生電流的原因是什么？ 氧化還原反應產(chǎn)生的電子在外電路中定向移動 2、原電池反應中，如何判斷正負極？ 發(fā)生氧化反應的為負極，發(fā)生還原反應的為正極（通常兩種金屬，更活潑的為負極） 3、原電池中如何形成閉合回路的？ 外電路（金屬導體）中，電子由負極移向正極；電解質(zhì)溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負極 4、構成原電池的必備條件 自發(fā)的氧化還原反應，兩個電極（通常為不同電極），構成閉合回路,還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應,氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應,還原劑失去的電子從鋅極流出,流入銅極.,經(jīng)外電路,Zn2+,H+,SO42-,電流方向,本部分知識,1、單液原電池構成和工作原理 2、雙液原電池構成和工作原理 3、原電池原理的應用 4、電極反應式的書寫 5、一些常見的化學電源,復習與小結(jié),1、Cu/H2SO4/Zn原電池的現(xiàn)象說明、電極反應、電流回路 2、原電池中電流產(chǎn)生的原因和電流閉合回路的判斷 3、原電池的構成條件 4、原電池電極反應式的書寫,氧化反應,Zn-2e-=Zn2+,銅鋅原電池,電解質(zhì)溶液,失e-，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生,還原反應,2H+2e- =H2,陰離子,陽離子,負極,正極,陽離子,歸 納 與 整 理,電極反應總式：,氧化還原反應,原電池反應本質(zhì)：,CuSO4 溶液,用做電源，效率低，時間稍長電 流就很快減弱，不適合實際應用。,電池兩個電極上 都有紅色物質(zhì)生成,“單液”電池的缺陷,電池兩個電極上 都有氣泡生成,極化現(xiàn)象,在原有實驗基礎上進行改進，設計成一個能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定電流的原電池，并用實驗驗證。,實驗探究一,CuSO4 溶液,思考,1）分析過程中電流產(chǎn)生的原因 2）分析并書寫電極反應式 3）試總結(jié)鹽橋的作用 4）與單液原電池相比，雙液池有哪些優(yōu)點？ 5）小結(jié)雙液原電池的構造,鹽橋的作用,1）避免兩溶液直接接觸 2）連通原電池的內(nèi)電路 3）平衡溶液中的離子電荷,1、請根據(jù)氧化還原反應 : Cu2+ + Fe = Cu + Fe2+ 設計成原電池。 2、請根據(jù)氧化還原反應 : 2Fe3+ + 2I- = I2 + 2Fe2+ 設計成原電池。,依據(jù)氧化還原反應： 2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)2Ag(s)設計的原電池如圖所示。 請回答下列問題： (1)電極X的材料是_；電解質(zhì)溶液Y是_； (2)銀電極為電池的_極，發(fā)生的電極反應為 _；X電極上發(fā)生的電極反應為_； (3)外電路中的電子是從_電極流向_電極。,銅(或Cu),AgNO3溶液,正,Age = Ag,Cu2e = Cu2,負(Cu),正(Ag),本部分知識,1、單液原電池構成和工作原理 2、雙液原電池構成和工作原理 3、原電池原理的應用 4、電極反應式的書寫 5、一些常見的化學電源,原電池原理的應用,二、 原電池原理的應用：,1、原電池的設計,研制分析化學電源；,3、促進某些氧化還原反應的進行，加快反應速率,4、尋找鋼鐵防腐蝕的方法,2、判斷金屬活動順序,例：在理論上不能用于設計原電池的化學反應是（ ） AHCl（aq）+NaOH（aq）NaCl(aq)+H2O（l） H0 B4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) 4Fe(OH)3（s） H0 C3Cu(s)+8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l) H0 D2CH3OH(l)+3O2(g) = 2CO2(g)+4H2O(l) H0,A,非氧化還原反應不能設計為原電池反應,1、 原電池的設計,（1） 請結(jié)合組成原電池的條件，將氧化還原反應： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 設計成一個原電池。,1、電解液： 。 2、電極材料： 正極 ，負極 。 3、電極反應式 ： 負極: . 正極: .,CuSO4溶液,石墨,Fe,Fe2e Fe2,Cu2+2eCu,1. 原電池的設計,（2） 將氧化還原反應：Cu2FeCl3 2FeCl2CuCl2 設計成一個原電池。,1、電解液： 。 2、電極材料： 正極 ，負極 。 3、電極反應式 ： 負極: . 正極: .,FeCl3溶液,石墨,Cu,Cu2e Cu2,2Fe32e 2Fe2,1. 原電池的設計,（3） 將氧化還原反應：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 設計成一個原電池。,1、電解液： 。 2、電極材料： 正極 ，負極 。 3、電極反應式 ： 負極: . 正極: .,鹽酸,石墨,Al,2Al6e 2Al3,1. 原電池的設計,（4） 將氧化還原反應：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 設計成一個原電池。,1、電解液： 。 2、電極材料： 正極 ，負極 。 3、電極反應式 ： 負極: . 正極: .,NaOH溶液,石墨,Al,2Al8OH6e 2AlO24H2O,問題探究 將銅棒和鋁棒用導線連接后 插入濃硝酸中,是否構成了原電池?,若構成了原電池,負極材料是什么? 電極反應式?,能構成原電池。 負極為銅棒，正極為鋁棒。,方法點撥：,理論上能自發(fā)進行的氧化還原反應都可以設計成原電池。 1、將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，分別做原電池的負極和正極。 2、確定電極材料和電解質(zhì)中參與反應的物質(zhì) 3、根據(jù)原電池的構成特點確定其余電解質(zhì)或電極 4、構成閉合回路,練習1：,下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是,C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；,A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有H2氣放出；,B.在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多；,D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；,（C）,2、比較金屬的活潑性,【知識小結(jié) 】,如何判斷原電池的電極？,從電極材料：,較活潑金屬負極,從電極反應現(xiàn)象：,溶解的一極 負極,從外電路電子流動方向：,電子流出的一極負極,從電極反應本質(zhì)：,被氧化的一極負極,較不活潑金屬或石墨正極,不溶解（或產(chǎn)生氣泡、有固體析出增重)的一極正極,電子流進的一極正極,被還原的一極正極,練習2. X、Y、Z、W四種金屬片浸入稀鹽酸中,用導線連接,可以組成原電池,實驗結(jié)果如下圖所示: 則四種金屬的活潑性由強到弱的順序為 _,ZYXW,Cu,Zn,為什么發(fā)生原電池反應可加快反應速率？,Zn2+,負極,正極,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,3、改變化學反應速率,練習1 ：,下列制氫氣的反應速率最快的是,粗鋅和 1mol/L 鹽酸；,B.,A.,純鋅和1mol/L 硫酸；,純鋅和18 mol/L 硫酸；,C.,粗鋅和1mol/L 硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液。,D.,（ D ）,Zn-MnO2干電池應用廣泛，其電解質(zhì)溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。 （1）該電池的負極材料是 。電池工作時，電子流向 （填“正極”或“負極”）。 （2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2+，會加速某電極的腐蝕，其主要原因是 除去Cu2+，最好選用下列試劑中的 （填代號）。 a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3·H2O,練習2.（09山東卷）,Zn,正極,鋅與還原出來的Cu構成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕,b,原電池電極反應式的書寫：,方法歸納：,(2)根據(jù)反應發(fā)生的環(huán)境確定在兩極生成的產(chǎn)物。,(5）利用原子守恒補充并配平其余物質(zhì)（原子守恒）,(1)分析并判斷自發(fā)進行的氧化還原反應，確定在兩極發(fā)生反應的物質(zhì)。,(3)根據(jù)化合價的變化情況確定電子的轉(zhuǎn)移數(shù)。 （電子守恒）,(4)判斷反應式兩側(cè)的電荷數(shù)，根據(jù)反應的環(huán)境用陰、陽離子來平衡電荷（如：酸性介質(zhì)中用H+、堿性介質(zhì)中用OH-，中性介質(zhì)中H+和OH-只能出現(xiàn)在右側(cè)）（電荷守恒）,“神六”的太陽能電池,手機專用電池,三、化學電源,化學電源,一次電池,二次電池,燃料電池,堿性鋅錳電池,鉛蓄電池,氫氧燃料電池,鋰離子電池,銀鋅蓄電池,普通鋅錳干電池,鋅銀紐扣電池,化學電源的分類,（一）一次電池,負極（鋅筒）：Zn-2e-=Zn2+ 正極（石墨）:2NH4+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2O 總反應： Zn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,1、干電池（NH4Cl糊狀物為電解質(zhì)）,2.堿性鋅錳干電池,堿性鋅錳電池的優(yōu)點： 電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍，不會氣漲或漏液。,普通鋅錳干電池缺點：放電量小，放電過程中易氣漲或漏液,Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,2MnO+2HO+2e- = 2MnO(OH)+2OH-,Zn +2MnO+2HO= Zn(OH)2+2MnO(OH),負極,正極,總反應,3、迷你型電池（電解質(zhì)KOH）,銀鋅電池,另一寫法 Zn+2OH- - 2e- = ZnO+H2O Ag2O +H2O + 2e- = 2Ag +2OH- Zn+Ag2O=2Ag+ZnO,負極是Zn： Zn+2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正極是Ag2O： Ag2O +H2O + 2e- = 2Ag +2OH- 電池總反應： Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2,大有發(fā)展前景的燃料電池 燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進行電化學反應時釋放出來的化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達近80%，約為火力發(fā)電的2倍。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太多。燃料電池的噪聲及硫氧化物、氮氧化物等廢氣污染都接近零；燃料電池發(fā)明于19世紀30年代末，經(jīng)反復試驗、改進，到20世紀60年代才開始進入實用階段。第一代燃料電池的 大致情況如下：,(二)燃料電池,氫氧燃料電池工作原理,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,固體氫氧燃料電池,2H2 - 4e- +2O2= 2H2O,O2 + 4e-= 2O2,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,原電池電極反應式的書寫：,方法歸納：,(2)根據(jù)反應發(fā)生的環(huán)境確定在兩極生成的產(chǎn)物。,(5）利用原子守恒補充并配平其余物質(zhì)（原子守恒）,(1)分析并判斷自發(fā)進行的氧化還原反應，確定在兩極發(fā)生反應的物質(zhì)。,(3)根據(jù)化合價的變化情況確定電子的轉(zhuǎn)移數(shù)。 （電子守恒）,(4)判斷反應式兩側(cè)的電荷數(shù)，根據(jù)反應的環(huán)境用陰、陽離子來平衡電荷（如：酸性介質(zhì)中用H+、堿性介質(zhì)中用OH-，中性介質(zhì)中H+和OH-只能出現(xiàn)在右側(cè)）（電荷守恒）,它是以兩根金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，又在兩極上分別通入甲烷 和氧氣。電極反應為： 負極： 正極： 電池總反應：,2O2+ 4H2O +8e-= 8OH -,CH4+ 10OH -8e-= CO32- + 7H2O,CH4+ 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3 H2O,甲烷新型燃料電池,分析溶液的pH變化。電解質(zhì)為KOH溶液 若用C2H6、CH3OH呢？,C2H6燃料電池、電解質(zhì)為KOH溶液 負極： 正極： 電池總反應： CH3OH燃料電池、電解質(zhì)為KOH溶液 負極： 正極： 電池總反應：,7O2+ 14H2O +28e-=28OH -,2C2H6+ 36OH -28e-= 4CO32- + 24H2O,2C2H6+ 7O2 +8KOH = 4K2CO3 + 10 H2O,3O2+6H2O +12e-= 12OH -,2CH3OH+ 16OH -12e-= 2CO32- + 12H2O,2CH3OH+ 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6 H2O,鋁空氣燃料電池（海水）： 負極： 正極： 電池總反應：,3O2 +12e- + 6H2O =12OH-,4Al -12e- = 4Al3+,4Al +3O2 +6H2O = 4Al(OH)3,汽車上用的鉛蓄電池是以一組充滿海綿狀灰鉛的鉛板和另一組結(jié)構相似的充滿二氧化鉛的鉛板組成，用H2SO4作電解液。總 反應式為：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O （1）試寫出放電時的正、負極反應式 正極:_ 負極:_ （2）試寫出充電時的陽、陰極反應式 陽極:_ 陰極:_,PbO2+4H+SO42- +2e- =PbSO4+2H2O,Pb+ SO42-2e- =PbSO4,PbSO4+2H2O-2e- =PbO2 + 4H+SO42-,PbSO4 +2e- =Pb + SO42-,接電源負極,接電源正極,(三)二次電池(可充電),當向外提供0.5mol電子時，消耗硫酸的物質(zhì)的量為,0.5mol,鉛蓄電池優(yōu)缺點簡析,缺點：,比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境,優(yōu)點：,可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉,其它二次電池,鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池,2、銀鋅蓄電池,1970-1975, 開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術。 1975-1983, 為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。 1979-1987,為美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。 1998-1992, 為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。,銀-鋅蓄電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可以表示為：,2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O,此電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質(zhì)是（ ）,A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,電極反應：,負極：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,正極：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,3、鎳鎘電池,負極材料：Cd； 正極材料：涂有NiO2， 電解質(zhì)：KOH溶液。 反應式如下：,寫出電極反應式。,特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用。,鎳鎘可充電電池可發(fā)生如下反應：,Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知，該電池的負極材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,A. Cd,（ A ）,B. NiO(OH),D. Ni(OH)2,C. Cd(OH)2,電極反應：,負極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正極：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,4、鋰電池（非水有機溶劑電解液）,負極：2Li - 2e- = 2Li+， 正極：I2 + 2e- = 2I-， 總反應：2Li + I2 = 2LiI,跟相同質(zhì)量的其它金屬作負極相比，使用壽命延長，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。,課堂練習,1、宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池，其電池反應為2H2+O2=2H2O，電解質(zhì)溶液為KOH，反應保持在高溫下，使H2O蒸發(fā)，正確敘述正確的是： （ ） AH2為正極，O2為負極 B電極反應（正極）：O2+2H2O+4e- =4OH- C電極反應（負極）：2H2+4OH- =4H2O- 4e- D負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應,BD,2、氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應式是：1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 根據(jù)此反應判斷，下列敘述中正確的是（ ） A、電池放電時，負極周圍溶液的pH不斷增大 B、電池放電時，鎳元素被氧化 C、電池充電時，氫元素被還原 D、電池放電時，H2是負極,放電 充電,CD,課堂練習,3、有人設計出利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反應類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole- 負極上CH4失去電子，電極反應式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 負極上是O2獲得電子，電極反應式為： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 電池放電后，溶液pH不斷升高 A. B. C. D.,A,課堂練習,4、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物做電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃氣，制得在650下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式： 陽極反應式：2CO+2CO32- 4CO2+4e- 陰極反應式： 總電池反應：,2CO2+O2+4e-2CO32-,2CO+O2=2CO2,課堂練習,5.（08年海南化學·7）關于鉛蓄電池的說法正確的是 A在放電時，正極發(fā)生的反應是 Pb(s) +SO42(aq)= PbSO4(s) +2e B在放電時，該電池的負極材料是鉛板 C在充電時，電池中硫酸的濃度不斷變小 D在充電時，陽極發(fā)生的反應是 PbSO4(s)+2e= Pb(s)+ SO42(aq),課堂練習,