第四节原电池原理及运用

第四节原电池原理及运用探究性实验：H2SO4ZnH2SO4CuZn实验1实验2实验3无明显现象有气泡生成Zn上有气泡，Cu无明显现象CuH2SO4探究性实验：Cu片上有气泡电流计指针偏转实验4，实验5ZnCu稀H2SO4CuZnH2SO4实验现象分析：1.电流计指针为什么偏转？解析：电子定向移动形成电流。2.铜片表面为什么有气泡生成？解析：锌失去的电子经过导线到了铜片上，溶液中的H+从铜片上得到电子生成H2ZnCu稀H2SO4eeee此实验装置的能量转化特点这是以Zn和稀H2SO4的氧化还原反应为基础,将此反应的化学能转变成了电能。一、原电池1、定义：将化学能转化为电能的装置原电池以氧化还原反应为基础，使氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行，从而产生电流，实现化学能向电能的转化。2、原理：那么原电池的构成需要哪些条件呢？实验1，实验2，实验3H2SO4AFeCu无电流通过，不构成原电池有电流通过，构成原电池e-＋－H2SO4AFeFeZnH2SO4AC有电流通过，构成原电池e-＋－条件一？无电流通过，不构成原电池H2SO4H2SO4ACuFe实验4条件二？实验5A酒精CuZn无电流通过，不构成原电池条件三？（1）有活泼性不同的两个电极①两种活泼性不同的金属②一种金属与一种能导电的非金属（3）能自发地进行氧化还原反应（2）与电解质溶液、导线形成闭合回路两个电极用导线连接在一起，并插入电解质溶液中，形成闭合回路。3、构成原电池的条件ZnZn稀H2SO41ZnC稀H2SO42CFe酒精5ZnCu稀H2SO46ZnCu稀H2SO44ZnFe稀H2SO43讨论以下装置是否能构成原电池4、原电池正负极的判断方法：（1）根据两极的金属活泼性判断（2）根据电子流动的方向判断（3）根据发生的反应判断金属性相对活泼的一极作负极，另一极为正极；电子流出的一极为负极，电子流进的一极为正极；发生氧化反应的一极为负极；发生还原反应一极的为正极负极：正极：5、原电池的电极反应书写电极反应：2H++2e-==H2失电子的一极,发生氧化反应,需判断什么物质发生了氧化反应,还有什么物质参与反应。得电子的一极,发生还原反应,需判断什么物质发生了还原反应,还有什么物质参与反应。电极反应：Zn—2e-==Zn2+总反应：Zn+2H+==H2+Zn2+ZnCuCuSO4问题：判断下装置能否形成原电池，若能形成，写出电极反应和电池总反应。Zn－2e－=Zn2+2H++2e－=H2↑氧化反应还原反应负极正极阳离子失去电子溶液中阳离子得到电子阴离子正极负极原电池工作原理小结较活泼金属不活泼金属或石墨CuZn-Zn2+H+H+电子沿导线传递，产生电流SO42-总结原电池的概念原电池的形成条件正、负电极判断电极反应的书写练习2.用铜、银和硝酸银溶液设计一个原电池，这个电池的负极是电极反应式为：1.原电池是一种的装置。在原电池中，较活泼的金属一极发生反应，是极；活动性较差的金属一极发生反应，是极。将化学能转化为电能氧化负还原正铜负极:Cu-2e-=Cu2+正极:Ag++e-=Ag常见化学电源1、干电池：Zn筒：作负极碳棒：作正极炭粉：作填充物，氯化铵：作电解质MnO2：作氧化剂2、铅蓄电池：Pb：作负极PbO2：作正极稀硫酸：作电解质溶液常见化学电源3、锂电池P1004、氢氧燃料电池：铂电极：作负极、正极酸或碱溶液：作电解质溶液H2：作还原剂O2：作氧化剂电极: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-＝2H2O金属的腐蚀1、化学腐蚀：2、电化学腐蚀铁的析氢腐蚀3、金属的防护P102钢铁的吸氧腐蚀示意图铁的吸氧腐蚀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:2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2联系4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3牺牲阳极的阴极保护法示意图五.原电池的应用(1)制作干电池、蓄电池、高能电池等。例.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－=2Fe2+（1）画出装置图，并说明反应的现象；石墨Al稀硫酸【问题】：用铝片、石墨、稀硫酸溶液设计一个原电池（2）判断正负极，并写出电极反应式；（3）写出总反应的离子方程式。铝-空气-海水电池电池总反应式为：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生电流。试指出正、负极，并写出电极反应式：负极：4A1-12e-＝4A13+正极：3O2+6H2O+12e-＝12OH-4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3(2)比较金属活动性强弱。例.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，CuSO4溶液作电解质溶液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）练习现有A、B、C、D四种金属，把A、B分别浸入稀硫酸中，产生气泡都很慢；把C、D分别浸入稀硫酸中，产生气泡都很快；把A、B用导线连接浸入稀硫酸中时，A上有气泡析出；把C浸入D的硝酸盐溶液中，C的表面有D析出。这四种金属的活动性顺序由强到弱为C＞D＞B＞A(3)比较反应速率例.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）练习：在甲试管中盛有C(H+)为0.01mol/L的盐酸，乙、丙、丁三支试管中分别盛有C(H+)为0.01mol/L的醋酸，分别在甲、乙、丙、丁试管中加入等质量的同样的粗锌并在丙试管中滴入几滴CuSO4溶液，充分反应，试比较反应所需时间的关系为：——————————————————————甲乙==丁丙(4)比较金属腐蚀的快慢例.下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(2)(1)(3)原电池的负极自然条件下的腐蚀原电池的正极(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_________？（增大或减少）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练习1。如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈性，发生腐蚀,电极反应式为：负极：,正极：；若液面下降，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：正极：。（2）中性或碱性吸氧Fe–2e-＝Fe2+O2+2H2O+4e-＝4OH－酸性析氢Fe–2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑2、镍—镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电A.Cd,（D）B.NiO(OH),D.Ni(OH)2C.Cd(OH)23.有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，试设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。4.下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3)原电池小结定义形成条件正负极名称和电子、离子流向判断工作原理（氧还反应，熟写电极反应式）应用分析各种原电池电池。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正负极）题型（记住三点）判断电极变化（质量增加、电子得失等）趣味实验实验目的：使已取出电池的音乐卡发出响声实验器材：连有导线的锌片、铜片，西红柿，已取出电池的音乐卡设计思路锌片、铜片可以和西红柿内的酸液形成原电池，向外供电，进而带动音乐卡，使其发出声响。