高中化学选修4 原电池ppt

病例分析病例分析一位年轻的化学家来看望格林太太，并为格林太太揭开了病因。病例分析化学家发现了什么？你能为格林太太开一个药方吗？由于金与铁（钢的主要成分）是活动性不同的两种金属，唾液中含有电解质，故构成了原电池，产生了微小的电流，使得格林太太头痛，因此必须换掉其中的一颗假牙。2001年我国发电总量构成一、化学能与电能1990-2005年全国火力发电量占全国发电总量比重变化估计在2050年火电仍居首位讨论：分析Ｐ40图2—8，谈谈火力发电的工作原理，并指出其利与弊；化学能热能机械能电能燃烧蒸汽发电机1、火力发电的原理分析。思考火力发电要经过一系列能量转换才能将化学能转换为电能，能否发明一种装置将化学能直接转化为电能呢？能电池火力发电的化学深层本质分析燃烧氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程关键本质本质引起思考：电子的定向移动形成电流，我们能否在氧化剂与还原剂之间架设桥梁，将电子移动过程中产生的电流利用起来？第四章电化学基础第一节原电池实验现象：锌片上有气泡产生而铜片上没有实验现象：电流计指针发生偏转，Cu片上有气泡产生一、原电池1、定义：把化学能转变为电能的装置化学能转化为电能----原电池原理及形成条件2、原电池中正负极的判断负极——电子流出的一极正极——电子流入的一极二原电池工作原理2、原电池工作原理较活泼的金属失去电子发生氧化反应，电子从较活泼金属（负极）通过外电路流向较不活泼的金属（正极）。负极正极Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应还原剂失去的电子从锌极流出流入铜极.经外电路Zn2+H+SO42-电流方向小结原电池工作原理实验探究形成原电池的条件（可以）（可以）（可以）（不可以）形成条件一：活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等第一组实验（可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中第二组实验实验探究形成原电池的条件第三组实验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（不可以）小结(4)有能够自发进行的氧化还原反应3、构成原电池的条件(1)两种活动性不同的电极(2)电极浸入电解质溶液(3)形成闭合回路电子流出的极电子流入的极——负极——正极较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减少的电极——负极——正极——正极——负极有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生还原反应的极②宏观判断：①根据电极材料②根据原电池电极发生的反应③根据电极增重还是减重④根据电极有气泡冒出：——负极——正极（工作后）（工作后）①微观判断（根据电子流动方向）三：原电池的正负极的判断方法干电池纽扣电池锂电池化学电源四.常见的化学电源●一次电池●二次电池●高能电池●燃料电池锌－锰干电池四.常见的化学电源Ⅰ.干电池(一次电池)电极:Zn为负极,碳棒为正极电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。负极(Zn):Zn＋2OH－-2e-＝Zn(OH)2正极(C):2MnO2+2H2O+2e-＝2MnOOH+2OH-H2+2MnO2＝Mn2O3+H2O去氢4NH3+Zn2+＝[Zn(NH3)4]2+去氨电极方程式：四.常见的化学电源铅蓄电池电极：Pb为负极；PbO2为正极.电解液:30%的H2SO4溶液电极反应式:负极(Pb)：Pb+SO42-2e-＝PbSO4正极(PbO2)：PbO2+4H+SO42-+2e＝PbSO4+2H2O总电池反应:PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4↓+2H2O拓展创新Ⅱ.铅蓄电池(二次电池)(1.25～1.28g/cm-3)课堂练习:2.铅蓄电池(原电池)的电极分别是PbO2和Pb,电解质溶液为稀硫酸溶液,工作时原电池的总反应是:PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O.根据上述反应,判断:1)原电池的负极是(填电极材料)_______2)工作时蓄电池负极反应式为___________3)工作时蓄电池里电解质溶液的PH变化:______电极:Zn为负极，Ag2O为正极电解液:KOH溶液电极反应式:负极:Zn+2OH--2e-＝Zn(OH)2正极:Ag2O+H2O+2e-＝2Ag+2OH-总反应式:Zn+Ag2O+H2O＝2Ag+Zn(OH)2拓展创新银锌电池Ⅲ.高能电池(银锌电池、锂电池)电极:Pt制作的惰性电极电解质溶液:KOH溶液负极:2H2-4e-+4OH-＝4H2O正极:O2+2H2O+4e-＝4OH-总反应：2H2+O2＝2H2O拓展创新氢氧燃料电池若为酸性介质，试写出电极反应式？思考:负极：2H2-4e-＝4H+正极:O2+4H++4e-＝2H2OⅣ.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/煤气电池/海水-空气电池)铝-空气-海水电池Ⅳ.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/煤气电池/铝-海水-空气电池)1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。负极：正极：电池总反应式为：4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3这种海水电池比“干电池”的能量高20～50倍。4A1-12e-＝4A13+3O2+6H2O+12e-＝12OH-甲烷-氧燃料电池该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气:负极：正极：电池总反应式为：Ⅳ.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/煤气电池/海水-空气电池)2O2+4H2O+8e-＝8OH-CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O小结:①燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池除能量转化率高外还可持续使用，不污染环境。②一般的可燃物均可与O2组成燃料电池，如H2、CO、CH4、乙醇等。③燃料电池一般以碱性介质作电解液，也可用酸性介质作电解液，二者电极上应式是有区别的。如甲烷-氧燃料电池在酸性介质中的电极反应为：负极：正极：总反应式为：CH4+2H2O-8e-＝CO2+8H+2O2+8H++8e-＝4H2OCH4+2O2＝CO2+2H2O五.金属的腐蚀和防护(1)判断下列装置是否为原电池？若是，指出电极名称并写出电极反应式。(2)若将Fe棒C棒粉碎掺在一起制成一光亮的Fe－C合金棒，插在HCl里，则是否构成了原电池？若是，电极反应是什么？长期放置，铁棒表面会有什么变化？(4)钢铁腐蚀的本质是什么？什么是钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀？为什么常以后者为主？(5)生产上常采取哪些金属防腐措施？(3)钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或浓度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么？钢铁表面形成的微小原电池示意图钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图知识总结1、2、金属阳离子失e-氧化反应金属腐蚀的类型化学腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）㈠.金属腐蚀金属原子金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应（氧化—还原）而腐蚀损耗的过程。4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3·nH2O（铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱。CO2+H2OH2CO3H++HCO3-电极反应负极Fe(-)Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正极C(+)2H++2e=H2↑O2+2H2O+4e=4OH-总反应:Fe+2H+=Fe2+↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系㈡钢铁腐蚀的防护：例6：改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢。⒈A.C.铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；B.D.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；（D）它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；2.金属表面覆盖保护层3.电化学保护法原理：原理：如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。——牺牲阳极的阴极保护法形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。牺牲阳极的阴极保护法示意图六.原电池的应用(1)制作干电池、蓄电池、高能电池等。例1.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2.画出原电池的示意图并写出电极反应式.石墨CuFeCl3溶液负极（铜）：Cu－2e－=Cu2+正极（石墨）：2Fe3++2e－=3Fe2+五.原电池的应用(2)比较金属活动性强弱。例2.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；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；B.在氧化–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；（C）(3)比较反应速率例3.下列制氢气的反应速率最快的是C.粗锌和1mol/L硫酸；A.纯锌和1mol/L硫酸；B.纯锌和18mol/L硫酸；D.粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。（D）(4)比较金属腐蚀的快慢例4.下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)(5)判断溶液pH值变化例6.在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4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0.168L升气体，则流过导线的电子为__________mol,溶液的pH值为_________？（溶液体积变化忽略不计）0.2解得：y＝0.015(mol)x＝0.015(mol)＝＝3.75×10﹣4(mol/L)∴pH＝-lg3.75×10－4＝4-lg3.75答：……－0.015根据电极反应：正极：负极：Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑得：2222.4xy0.168解：0.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——2e——H2↑4-lg3.750.015原电池小结定义形成条件正负极名称和电子流向判断工作原理（氧还反应，熟写电极反应式）应用分析各种电池。比较金属活动性强弱比较反应速率比较金属腐蚀的快慢判断溶液pH变化金属的腐蚀和防护原电池腐蚀（定义、本质、类型）腐蚀防护（常见三种方法）（从活泼性比较、电子得失、氧还反应等多角度判断）题型（三点记住）复习回顾1、原电池是______________________的装置。原电池反应的本质是____________________反应。将化学能转化为电能氧化还原反应2、如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：Zn电极是____（填“正”或“负”）极，其电极反应为_______________，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是______极，其电极反应为_______________,该反应是_________反应。（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：Zn电极是____极，其电极反应为_____________，该反应是________反应；Cu电极是____极，其电极反应为_______________,该反应_________反应.负Zn－2e-=Zn2+氧化正2H++2e-=H2↑还原负Zn－2e-=Zn2+氧化正Cu2++2e-=Cu还原？提出问题：上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有