高中化學 1.1.2原電池原理復習課件 蘇教版選修4.ppt

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本部分知識,1、單液原電池構(gòu)成和工作原理 2、雙液原電池構(gòu)成和工作原理 3、原電池原理的應(yīng)用 4、電極反應(yīng)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(yīng)的本質(zhì)是什么？如何熟練判斷氧化劑、還原劑、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)？,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？,⑴, 將Zn片插入H2SO4溶液中有什么現(xiàn)象？為什么？,⑵, 將Cu片插入H2SO4溶液中有什么現(xiàn)象？為什么？,,演示探究,⑷，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？,⑶，將一Zn片,Cu片平行插入H2SO4溶液中，有什么現(xiàn)象？為什么？,⑸，導線間接一電流計有何現(xiàn)象產(chǎn)生？為什么？,⑹，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(yīng)？ 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(yīng)中，產(chǎn)生電流的原因是什么？ 氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電子在外電路中定向移動 2、原電池反應(yīng)中，如何判斷正負極？ 發(fā)生氧化反應(yīng)的為負極，發(fā)生還原反應(yīng)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(gòu)成原電池的必備條件 自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，兩個電極（通常為不同電極），構(gòu)成閉合回路,還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng),氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng),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(gòu)成和工作原理 2、雙液原電池構(gòu)成和工作原理 3、原電池原理的應(yīng)用 4、電極反應(yīng)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(yīng)、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(gòu)成條件 4、原電池電極反應(yīng)式的書寫,,氧化反應(yīng),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(yīng),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(yīng)總式：,氧化還原反應(yīng),原電池反應(yīng)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(yīng)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(chǔ)上進行改進，設(shè)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(yīng)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(gòu)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(yīng) : Cu2+ + Fe = Cu + Fe2+ 設(shè)計成原電池。 2、請根據(jù)氧化還原反應(yīng) : 2Fe3+ + 2I- = I2 + 2Fe2+ 設(shè)計成原電池。,依據(jù)氧化還原反應(yīng)： 2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)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(yīng)為 __________；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為________； (3)外電路中的電子是從_______電極流向________電極。,銅(或Cu),AgNO3溶液,正,Ag＋＋e－ = Ag,Cu－2e－ = Cu2＋,負(Cu),正(Ag),本部分知識,1、單液原電池構(gòu)成和工作原理 2、雙液原電池構(gòu)成和工作原理 3、原電池原理的應(yīng)用 4、電極反應(yīng)式的書寫 5、一些常見的化學電源,原電池原理的應(yīng)用,二、 原電池原理的應(yīng)用：,1、原電池的設(shè)計,研制分析化學電源；,3、促進某些氧化還原反應(yīng)的進行，加快反應(yīng)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(shè)計原電池的化學反應(yīng)是（ ） A．HCl（aq）+NaOH（aq）＝NaCl(aq)+H2O（l） △H0 B．4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)＝ 4Fe(OH)3（s） △H0 C．3Cu(s)+8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l) △H0 D．2CH3OH(l)+3O2(g) == 2CO2(g)+4H2O(l) △H0,A,非氧化還原反應(yīng)不能設(shè)計為原電池反應(yīng),1、 原電池的設(shè)計,（1） 請結(jié)合組成原電池的條件，將氧化還原反應(yīng)： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 設(shè)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(yīng)式 ： 負極: . 正極: .,CuSO4溶液,石墨,Fe,Fe－2e－＝ Fe2＋,Cu2+＋2e－＝Cu,1. 原電池的設(shè)計,（2） 將氧化還原反應(yīng)：Cu＋2FeCl3＝ 2FeCl2＋CuCl2 設(shè)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(yīng)式 ： 負極: . 正極: .,FeCl3溶液,石墨,Cu,Cu－2e－＝ Cu2＋,2Fe3＋＋2e－＝ 2Fe2＋,1. 原電池的設(shè)計,（3） 將氧化還原反應(yīng)：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2? 設(shè)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(yīng)式 ： 負極: . 正極: .,鹽酸,石墨,Al,2Al－6e－＝ 2Al3＋,1. 原電池的設(shè)計,（4） 將氧化還原反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2? 設(shè)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(yīng)式 ： 負極: . 正極: .,NaOH溶液,石墨,Al,2Al＋8OH－－6e－＝ 2AlO2－＋4H2O,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(gòu)成了原電池?,若構(gòu)成了原電池,負極材料是什么? 電極反應(yīng)式?,能構(gòu)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(yīng)都可以設(shè)計成原電池。 1、將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)，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(yīng)的物質(zhì) 3、根據(jù)原電池的構(gòu)成特點確定其余電解質(zhì)或電極 4、構(gòu)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(yīng)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？,①從電極材料：,較活潑金屬——負極,②從電極反應(yīng)現(xiàn)象：,溶解的一極 ——負極,③從外電路電子流動方向：,電子流出的一極—負極,④從電極反應(yīng)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(yīng)可加快反應(yīng)速率？,Zn2+,負極,正極,,,,Zn－2e－=Zn2+,2H++2e－=H2↑,3、改變化學反應(yīng)速率,練習1 ：,,下列制氫氣的反應(yīng)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(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。,D.,（ D ）,Zn-MnO2干電池應(yīng)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(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕,b,,,原電池電極反應(yīng)式的書寫：,方法歸納：,(2)根據(jù)反應(yīng)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(yīng)，確定在兩極發(fā)生反應(yīng)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(yīng)式兩側(cè)的電荷數(shù)，根據(jù)反應(yīng)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(yīng)： 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)2,2MnO２+2H２O+2e- = 2MnO(OH)+2OH-,Zn +2MnO２+2H２O= Zn(OH)2+2MnO(OH),負極,正極,總反應(yīng),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(yīng)： 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(yīng)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(yīng)式的書寫：,方法歸納：,(2)根據(jù)反應(yīng)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(yīng)，確定在兩極發(fā)生反應(yīng)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(yīng)式兩側(cè)的電荷數(shù)，根據(jù)反應(yīng)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(yīng)為： 負極： 正極： 電池總反應(yīng)：,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(yīng)： CH3OH燃料電池、電解質(zhì)為KOH溶液 負極： 正極： 電池總反應(yīng)：,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(yīng)：,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(gòu)相似的充滿二氧化鉛的鉛板組成，用H2SO4作電解液?？?反應(yīng)式為：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O （1）試寫出放電時的正、負極反應(yīng)式 正極:______________________________________ 負極:______________________________________ （2）試寫出充電時的陽、陰極反應(yīng)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(shù)。 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(yīng)的物質(zhì)是（ ）,A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,電極反應(yīng)：,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(yīng)式如下：,寫出電極反應(yīng)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(yīng)：,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(yīng)：,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(yīng)：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(yīng)為2H2+O2=2H2O，電解質(zhì)溶液為KOH，反應(yīng)保持在高溫下，使H2O蒸發(fā)，正確敘述正確的是： （ ） A．H2為正極，O2為負極 B．電極反應(yīng)（正極）：O2+2H2O+4e- =4OH- C．電極反應(yīng)（負極）：2H2+4OH- =4H2O- 4e- D．負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng),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(yīng)式是：1/2H2+NiO(OH) ＝ Ni(OH)2 根據(jù)此反應(yīng)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(shè)計出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是 ( ) ①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole- ②負極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式： CH4 + 10 OH- － 8e- = CO32- + 7 H2O ③負極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- ④電池放電后，溶液pH不斷升高 A.①② B.①③ C.①④ D.③④,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(guān)的電池反應(yīng)式： 陽極反應(yīng)式：2CO+2CO32- → 4CO2+4e- 陰極反應(yīng)式： 總電池反應(yīng)：,,2CO2+O2+4e-→2CO32-,2CO+O2=2CO2,課堂練習,,5.（08年海南化學·7）關(guān)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(yīng)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(yīng)是 PbSO4(s)+2e—= Pb(s)+ SO42—(aq),課堂練習,