高中化學 原電池的工作原理課件 蘇教版選修4

專題專題1 1 化學反應與能量變化化學反應與能量變化第二單元第二單元 化學能與電能的轉(zhuǎn)化化學能與電能的轉(zhuǎn)化第一課時第一課時一位年輕的一位年輕的化學家化學家來看望格林太太，并為格林來看望格林太太，并為格林太太揭開了病因：太太揭開了病因： 由于由于金金和和鐵鐵（鋼的主要成分）是活動性不（鋼的主要成分）是活動性不同的兩種金屬，唾液中含有同的兩種金屬，唾液中含有電解質(zhì)電解質(zhì)，故構(gòu)成，故構(gòu)成原電池，產(chǎn)生微小的原電池，產(chǎn)生微小的電流電流，使得格林太太頭，使得格林太太頭痛。痛。必須必須換掉換掉其中一顆假牙。其中一顆假牙。處方：處方：病因：病因：實驗實驗1. 稀硫酸稀硫酸銅銅鋅鋅觀察到什么現(xiàn)象觀察到什么現(xiàn)象?稀硫酸稀硫酸銅銅鋅鋅實驗實驗2觀察到什么現(xiàn)象？觀察到什么現(xiàn)象？與實驗與實驗1有什么區(qū)別？有什么區(qū)別？1.電流計的指針發(fā)生如何變化電流計的指針發(fā)生如何變化?稀硫酸稀硫酸銅銅鋅鋅G實驗實驗3.2.銅片上為什么有氣泡產(chǎn)生銅片上為什么有氣泡產(chǎn)生?3.鋅片的質(zhì)量有無變化鋅片的質(zhì)量有無變化?溶液中的溶液中的c(H+)如何變化如何變化?4.寫出鋅片上和銅片上變化的離子方程式。寫出鋅片上和銅片上變化的離子方程式。稀硫酸ZnCu現(xiàn)象現(xiàn)象(1)電流表指針有偏轉(zhuǎn)(2)銅片上有氣泡產(chǎn)生(3)鋅片不斷溶解，c(H+)不斷減小稀硫酸ZnCuZn2+e-e-H+H+-+Zn2e-=Zn2+總反應：總反應：2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2（氧化反應）（氧化反應）（還原反應）（還原反應）鋅片：鋅片：銅片：銅片： 設疑設疑請根據(jù)你的經(jīng)驗猜想請根據(jù)你的經(jīng)驗猜想ZN與與CUSO4溶液的溶液的反應是吸熱反應還是放熱反應反應是吸熱反應還是放熱反應？并設計實驗方案加并設計實驗方案加以證明以證明Zn+ Cu2+ Zn2+ + CuZnCu CuSO4 設疑設疑除了可以將該反應放出的能量轉(zhuǎn)化除了可以將該反應放出的能量轉(zhuǎn)化為為熱能熱能之外，還能通過該反應將化學能轉(zhuǎn)化之外，還能通過該反應將化學能轉(zhuǎn)化為什么能量？為什么能量？ZnCu CuSO4電池反應：電池反應：Zn+ Cu2+ = Cu+ Zn2+（總反應）（總反應）Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu1.電路：電路：外電路外電路內(nèi)電路內(nèi)電路電子電子流向：由流向：由失失電子的一極向電子的一極向得得電子的一極電子的一極電流電流方向：與方向：與電子電子流向流向相反相反陰離子陰離子流向與流向與電子電子流向流向一致一致陽離子陽離子流向與流向與電流電流一致一致2.電極：電極：負極負極：電子電子流出流出的一極的一極正極正極：電子電子流入流入的一極的一極3.電極反應式：電極反應式：負極（負極（氧化氧化反應）反應）： Zn2e-Zn2+正極（正極（還原還原反應）反應）： 4.總反應式（總反應式（氧化還原氧化還原反應）反應）：Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu二、二、形成原電池的一般條件形成原電池的一般條件前提條件：有前提條件：有自發(fā)的氧化還原反應自發(fā)的氧化還原反應 （1 1）有兩種）有兩種活潑性不同活潑性不同的導電材料的導電材料 ( (不同的金屬或金屬與非金屬導體）不同的金屬或金屬與非金屬導體）作電極作電極（2 2）兩個電極必須插入）兩個電極必須插入電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液中中（3 3）兩極相連形成）兩極相連形成閉合回路閉合回路 （用導線連接或電（用導線連接或電極直接接觸）極直接接觸）原電池的正負極的判斷方法原電池的正負極的判斷方法 微觀判斷微觀判斷（根據(jù)電子流動（根據(jù)電子流動方向方向）電子流電子流出出的極的極電子流電子流入入的極的極負極負極正極正極 較較活潑活潑的電極材料的電極材料較較不活潑不活潑的電極材料的電極材料 質(zhì)量增加質(zhì)量增加的電極的電極工作后工作后 質(zhì)量減少質(zhì)量減少的電極的電極負極負極正極正極正極正極負極負極工作后，有工作后，有氣泡冒出氣泡冒出的電極為正極的電極為正極發(fā)生發(fā)生氧化氧化反應的極反應的極發(fā)生發(fā)生還原還原反應的極反應的極宏觀判斷宏觀判斷：根據(jù)電極材料根據(jù)電極材料根據(jù)原電池電極根據(jù)原電池電極 發(fā)生的反應發(fā)生的反應根據(jù)電極增重還是減重根據(jù)電極增重還是減重根據(jù)電極有氣泡冒出：根據(jù)電極有氣泡冒出：負極負極正極正極三、三、原電池電極反應式的書寫原電池電極反應式的書寫1 1、確定原電池正負極，以及兩極上發(fā)生反應的、確定原電池正負極，以及兩極上發(fā)生反應的物質(zhì)，物質(zhì)，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應2 2、重視重視介質(zhì)是否參加反應，介質(zhì)是否參加反應，注意注意兩極得失電子兩極得失電子總數(shù)相等總數(shù)相等3 3、將兩極電極反應式、將兩極電極反應式相加相加即得原電池的即得原電池的總反應總反應式式 鹽橋：在鹽橋：在U型管型管中裝滿用中裝滿用飽和飽和KCl溶液溶液的的瓊脂。瓊脂。思考：思考：1、鹽橋的作用、鹽橋的作用是什么？是什么？（1）使整個裝置構(gòu)成）使整個裝置構(gòu)成通路通路， 代替兩溶液直接接觸代替兩溶液直接接觸。 （2）平衡電荷平衡電荷思考：思考：2、 此電池的優(yōu)點？此電池的優(yōu)點？此電池的優(yōu)點此電池的優(yōu)點:能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。知識回顧知識回顧CuCCuZn鹽橋1. 將鋅片和銅片用導線連接置于稀硫酸溶將鋅片和銅片用導線連接置于稀硫酸溶液中液中,下列各敘述正確性的是下列各敘述正確性的是 ( )A. 鋅片做負極，鋅發(fā)生還原反應鋅片做負極，鋅發(fā)生還原反應B. 銅片做正極，銅得電子銅片做正極，銅得電子C. 溶液中的溶液中的PH值增大值增大D. 鋅片、銅片同時有氣泡冒出，說明鋅片鋅片、銅片同時有氣泡冒出，說明鋅片不純不純C D練習練習練練習習2.判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說明理由；若是，請指出正負極名稱，并請說明理由；若是，請指出正負極名稱，并寫出電極反應式寫出電極反應式.()()()2H+2e-H2負極：負極：總反應：總反應：正極正極：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2()()負極負極：正極正極：總反應總反應：正極：正極：負極負極：總反應：總反應：Zn2e- Zn2+2H+2e- H2Zn+2H+Zn2+H2Fe2e - Fe2+Cu2+2e- CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4 ()()負極：負極：正極：正極：總反應：總反應：Zn2e-Zn2+Cu2+2e-CuZn+Cu2+Zn2+Cu或或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu()()負極：負極：正極：正極：總反應：總反應：Fe2e- Fe2+2H+2e-H2Fe+2H+ Fe2+H2或或 Fe+H2SO4FeSO4+H2 例：例： 利用利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu設計一個設計一個原電池，畫出示意圖，寫出電極反應。原電池，畫出示意圖，寫出電極反應。負極：負極：Fe 2e- =Fe2+ 正極：正極：Cu2+ +2e- =Cu CuFeCuSO4FeSO4FeCuCuSO4設計原電池的思路設計原電池的思路：半電池：半電池：電極材料電極材料電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液根據(jù)根據(jù)電極反應電極反應確定確定還原劑（還原劑（電極材料）電極材料）和和氧化產(chǎn)物（氧化產(chǎn)物（電解質(zhì)溶液）電解質(zhì)溶液）為為負極負極的的半電池半電池氧化劑（氧化劑（電解質(zhì)溶液）電解質(zhì)溶液）和和還原產(chǎn)物（還原產(chǎn)物（電極材料）電極材料）為為正極正極的半電池的半電池外電路外電路用導線連通，可以接用電器用導線連通，可以接用電器內(nèi)電路內(nèi)電路 是將電極浸入電解質(zhì)溶液中，并通過是將電極浸入電解質(zhì)溶液中，并通過鹽橋鹽橋溝通內(nèi)電路溝通內(nèi)電路（或其它不活潑材料）（或其它不活潑材料）根據(jù)根據(jù)負極負極氧化、氧化、正極正極還原還原寫出寫出電極反應式電極反應式前提：是氧化還原反應前提：是氧化還原反應 練習：練習： 利用利用2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+設計一設計一個原電池，畫出示意圖，寫出電極反應。個原電池，畫出示意圖，寫出電極反應。正極：正極：2Fe32e- =2Fe2+ 負極：負極：Cu-2e- =Cu2+CuCCuSO4FeCl3CCu FeCl31.1.如圖裝置，電流表如圖裝置，電流表G G發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時A A極逐漸極逐漸變粗，變粗，B B極逐漸變細，極逐漸變細，C C為電解質(zhì)溶液，則為電解質(zhì)溶液，則A A、B B、C C應是下列各組中的哪一組（應是下列各組中的哪一組（ ） A A、A A是鋅，是鋅，B B是銅，是銅，C C為稀為稀H H2 2SOSO4 4 B B、A A是銅，是銅，B B是鋅，是鋅，C C為稀硫酸為稀硫酸 C C、A A是鐵，是鐵，B B是銀，是銀，C C為為AgNOAgNO3 3溶液溶液 D D、A A是是AgAg，B B是鐵，是鐵，C C為為AgNOAgNO3 3溶液溶液 G CABD D隨堂練習隨堂練習練習練習2：根據(jù)下式所表示的氧化還原反應設計：根據(jù)下式所表示的氧化還原反應設計一個原電池：一個原電池： CU(S) + 2AG+(AQ) = CU2+(AQ)+ 2AG(S)裝置可采用燒杯和鹽橋，畫出此原電池的裝置簡圖；裝置可采用燒杯和鹽橋，畫出此原電池的裝置簡圖；注明原電池的正極和負極；注明原電池的正極和負極；注明外電路中電子的流向；注明外電路中電子的流向；寫出兩個電極上的電極反應。寫出兩個電極上的電極反應。負極負極： 2e- 2+正極正極C：2Ag+2e- 2AgCCu AgNO3CuSO4+e-裝置可采用燒杯和鹽橋，裝置可采用燒杯和鹽橋， 畫出此原電池的裝置簡圖；畫出此原電池的裝置簡圖；注明原電池的正極和負極；注明原電池的正極和負極；注明外電路中電子的流向；注明外電路中電子的流向；寫出兩個電極上的電極反應。寫出兩個電極上的電極反應。 Cu(s) + 2Ag+(aq) = Cu2+(aq)+ 2Ag(s)練習練習2：根據(jù)下式所表示的氧化還原反應設計一個：根據(jù)下式所表示的氧化還原反應設計一個原電池：原電池： CU(S) + 2AG+(AQ) = CU2+(AQ)+ 2AG(S)(-)：Zn 2e- = Zn2+ (+)：2H+ +2e- = H2 電池反應：電池反應：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2ZnCuH2SO4ZnSO4鹽橋鹽橋+3、把右圖設計成有鹽橋的原電池裝置，并寫出、把右圖設計成有鹽橋的原電池裝置，并寫出電極反應式及電池反應方程式電極反應式及電池反應方程式ZnCu H2SO4負極：負極： Fe 2e- = Fe2+正極：正極： 2H+ + 2e- = H2總：總：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 稀稀 硫硫 酸酸FeCu稀 硫 酸FeCuNaCl溶液溶液負極：負極： 2Fe 4e- = 2Fe2+正極：正極： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-總：總：2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 不同的介質(zhì)不同的介質(zhì) 不同的電極反應不同的電極反應負極：負極：2 Al+ 8OH6e- =2Al O2 +4H2O 正極：正極：6H+ + 6 e- =3 H2總：總：2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2 稀 硫 酸負極：負極： Mg 2e- = Mg2+ 正極：正極： 2H+ + 2e- = H2總：總：Mg +2H+ = Mg 2+ + H2 負極：負極： Cu 2e- = Cu 2+ 正極：正極： 4H+ +2NO3 + 2 e- = 2NO2 + 2H2O總：總：Cu + 4H+ +2NO3= 2NO2 + Cu 2+ + 2H2O稀H2SO4負極：負極：2 Al 6e- =2Al 3+ 正極：正極： 6H+ + 6e- =3 H2總：總：2Al + 6H+ = 2Al 3+ + 3H2 練習：練習：1、下列關于下圖所示原電池的說法正確的是、下列關于下圖所示原電池的說法正確的是（ ）A 鋁片為正極鋁片為正極B 正極上有正極上有H2產(chǎn)生產(chǎn)生C Al是電池的負極，開始工作時溶液中會立即有白色是電池的負極，開始工作時溶液中會立即有白色沉淀析出沉淀析出D 當轉(zhuǎn)移當轉(zhuǎn)移0.04 mol e- 時，產(chǎn)生時，產(chǎn)生 0.01 mol O2 CuBC 練習練習2. X、Y、Z、W四種金屬片進入稀鹽酸中四種金屬片進入稀鹽酸中,用用導線連接導線連接,可以組成原電池可以組成原電池,實驗結(jié)果如下圖所示實驗結(jié)果如下圖所示:則四種金屬的活潑性由強到弱的順序為則四種金屬的活潑性由強到弱的順序為_ZYXW5.利用原電池原理設計新型化學電池；利用原電池原理設計新型化學電池；2.改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫酸改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應制取氫氣；反應制取氫氣；1.進行金屬活動性強弱比較；進行金屬活動性強弱比較；3.電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。三、原電池的主要應用：三、原電池的主要應用：4.解釋某些化學現(xiàn)象解釋某些化學現(xiàn)象(1)比較金屬活動性強弱。比較金屬活動性強弱。例例1：下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是（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；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，甲甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2氣放出氣放出；B.在氧化在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多還原反應中，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；同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；原電池原理應用：原電池原理應用：C(2)比較反應速率比較反應速率例例2 ： 下列制氫氣的反應速率最快的是下列制氫氣的反應速率最快的是粗鋅和粗鋅和 1mol/L 鹽酸；鹽酸；B.A. 純鋅和純鋅和1mol/L 硫酸；硫酸；純鋅和純鋅和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗鋅和粗鋅和1mol/L 硫酸的反應中加入幾滴硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原電池原理應用：原電池原理應用：(3)比較金屬腐蝕的快慢比較金屬腐蝕的快慢例例3： 下列各情況，在其中下列各情況，在其中Fe片腐蝕由片腐蝕由快快到到慢慢的順序是的順序是(5)(2)(1)(3)(4)原電池原理應用：原電池原理應用：例例4：下列裝置中四塊相同的下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速片，放置一段時間后腐蝕速率由率由慢慢到到快快的順序是的順序是(4)(2)(1)(3)(4)判斷溶液判斷溶液pH值變化值變化例例5：在在Cu-Zn原電池中，原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為溶液的濃度為0.125mol/L , 若工作一段時間后，從裝置中共收集若工作一段時間后，從裝置中共收集到到 0.168L升氣體，則流過導線的電子為升氣體，則流過導線的電子為_ mol,溶液的溶液的pH值變值變_(填填“變大變大”、“變小變小”、“不變不變”)？若？若pH為多少？為多少？（溶液體積變化忽略不計）（溶液體積變化忽略不計）變大變大0.015原電池原理應用：原電池原理應用：(5)原電池原理的綜合應用原電池原理的綜合應用例例6：市場上出售的：市場上出售的“熱敷袋熱敷袋”的主要成分為鐵屑、的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等。炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等。 “熱敷袋熱敷袋”啟啟用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時，打開用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時，打開塑料袋輕輕揉搓就會放出熱量。使用完后，會發(fā)塑料袋輕輕揉搓就會放出熱量。使用完后，會發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在?，F(xiàn)有大量鐵銹存在。1)“熱敷袋熱敷袋”是利用是利用 放出熱量。放出熱量。2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。3)加入氯化鈉的主要作用是加入氯化鈉的主要作用是 。4)木屑的作用是木屑的作用是 。鐵被氧化鐵被氧化 與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成原電池，加速鐵屑的氧化原電池，加速鐵屑的氧化 氯化鈉溶于水、形成氯化鈉溶于水、形成電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液使用使用“熱敷袋熱敷袋”時受熱均勻時受熱均勻原電池原理應用：原電池原理應用：