原电池的设计及应用

原电池的设计及应用[学习目标]1、复习巩固原电池的构成条件、工作原理；2、通过一系列设计制作原电池的活动，更深刻地认识原电池的构造特点和工作原理，更熟练正确地书写电极反应式。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：由于金和铁（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，故构成原电池，产生微小的电流，使得格林太太头痛。因此，必须换掉其中一颗假牙。构成原电池一般条件：(1)两电极(2)电解质溶液(3)形成闭合回路两活泼性不同的导电材料请用铜、锌、硫酸溶液制作原电池，并检测出电流。注意观察现象，给出合理的解释动手设计氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池电解质溶液失e-,沿导线传递，有电流产生还原反应2H++2e-=H2↑阴离子阳离子负极正极总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑(离子方程式）复习原电池的工作原理原电池工作原理相当于将自发的氧化、还原两反应分割在正负两极同时、不同地进行，电子从负极定向流入正极，从而产生道路电流。原电池的作用是将化学能转化为电能。因此，理论上任何一个自发的氧化还原反应都可以分割为两半反应，设计为原电池。Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑可设计成铜、锌原电池,那么能否根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu也设计一个铜、锌原电池呢?设计一所选用电解质溶液___________该原电池的负极____，负极反应____________正极____，正极反应____________GCAB（注意：A、B原电池即以A、B为电极材料。）CuSO4溶液ZnZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=CuCu除Zn+2H+=Zn2++H2↑、Zn+Cu2+=Zn2++Cu两反应外,若保持电极材料不变，通过改变电解质溶液,你能再设计一个铜.锌原电池吗?设计二现有试剂：CuSO4溶液、ZnSO4溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液、FeCl3溶液、NaCl溶液、酒精总反应式：________________________选用的电解质溶液为___________相应的半反应：负极_______________正极_______________Zn+2Fe3+=Zn2++2Fe2+FeCl3溶液Zn-2e-=Zn2+2Fe3++2e-=2Fe2+根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu已经设计出了铜、锌原电池，若保持总反应不变,通过改变电极材料,你能设计出别的原电池吗？设计三GZnCu硫酸铜负极_____负极反应____________正极_____正极反应____________选用的电解质溶液_____________ZnZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=CuC或FeCuSO4溶液现有电极材料:Fe棒、Cu棒、C棒、Zn片、Cu片设计四现在拓宽范围，请你利用所提供的试剂、材料设计各种原电池。（不能与前面的设计方案雷同，即避免再设计铜、锌原电池和总反应为Zn+Cu2+=Zn2++Cu的原电池）总反应______选用的电解质溶液____正极材料____正极反应____________负极材料____负极反应____________请大家动脑想一想现有试剂：CuSO4溶液、ZnSO4溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液、FeCl3溶液、NaCl溶液、酒精现有电极材料:Fe棒、Cu棒、C棒、Zn片、Cu片变形设计原电池的两极是否一定要插入同一池内?CuSO4ZnCuZnSO4左图原电池中:负极__负极反应___正极__正极反应___总反应________ACAB原电池要形成闭合回路，往往是将两电极插入同一池内GCAB设计五请用镁、铝作电极,设计一个原电池所用电解质溶液________负极____负极反应___________正极____正极反应___________总反应_______________现有试剂：CuSO4溶液、ZnSO4溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液、FeCl3溶液、NaCl溶液、酒精H2SO4溶液MgMg-2e-=Mg2+2H++2e-=H2↑AlMg+2H+=Mg2++H2↑GCAB设计五请用镁、铝作电极,设计一个原电池所用电解质溶液________负极___负极反应________________正极___正极反应___________总反应________________________现有试剂：CuSO4溶液、ZnSO4溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液、FeCl3溶液、NaCl溶液、酒精NaOH溶液Mg2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O6H2O+6e-=3H2↑+6OH-Al2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑从以上两种镁、铝原电池中,你对原电池负极的判断有什么认识？GCAB反思原电池一定要有活泼性不同的两电极吗？不一定。因为原电池的电极材料本身可以不参加反应，而只起到导电和做载体的作用。例如燃料电池。应用为省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（用品），以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：⑴甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部（铜与锌不接触），小心向烧杯中加入稀硫酸，观察到的现象是。甲同学的设计思路是。（1）锌片上有气泡产生，铜片上无气泡。锌能置换出酸中的氢而铜不能。为省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（用品），以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：应用⑵乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加溶液，进而观察到的现象是，。乙同学作出锌、铜金属活动性相对强弱所依据的原理是，。（2）CuSO4溶液。锌片上有红色铜析出，锌片上产生气泡的速率明显加快。活泼金属可将不活泼金属从其盐溶液中置换出来，Zn、Cu,稀硫酸组成原电池，Zn为负极。（3）2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4阴极上有红色铜析出。为省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（用品），以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：应用⑶丙同学使用直流电源、石墨电极组装好电解装置，向乙同学实验后的溶液中补充了必要的试剂（作为电解液）。反应在调控下随即开始，实验中有关化学反应方程式为。获得的实验明显现象是。电解为省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（用品），以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：应用⑷请你再单独设计一个简单的实验（试剂、仪器自选），探究和证实锌和铜的金属活动性的相对强弱（简要说明操作和现象）。（4）分别取一小片铜片与锌片于试管中，向试管中加入少量的棕黄色的溶液，稍待，溶液的棕黄色褪去得一近乎无色溶液。1、拆：将已知氧化还原反应拆分成两个电极反应。2．结合电极反应找正负极材料和合理的电解质溶液。设计原电池总结:3、按要求画出原电池装置图。还原剂+氧化剂=氧化产物+还原产物拆：还原剂-ne_=氧化产物氧化剂+ne_=还原产物（—）（+）（电解质溶液）活泼性差的导体-+电解质溶液挑战:现有铜片、盐酸、碳棒，其它仪器任选，（1）能否设计成原电池？说明原因。（2）设计实验使铜与盐酸反应生成氢气，画出示意图。练习:.某高中化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下：编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀硫酸偏向Al2Al、Cu稀硫酸偏向Cu3Al、石墨稀硫酸偏向石墨4Mg、AlNaOH溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al试根据上表中的实验现象回答下列问题：1、实验1、2的Al所做的电极是否相同？答：______________。编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀硫酸偏向Al2Al、Cu稀硫酸偏向Cu3Al、石墨稀硫酸偏向石墨4Mg、AlNaOH溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al2、写出实验3的电极反应式和电池总反应方程式。铝为()________；石墨为()________；电池总反应：_______________________。编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀硫酸偏向Al2Al、Cu稀硫酸偏向Cu3Al、石墨稀硫酸偏向石墨4Mg、AlNaOH溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al3、实验4中的铝做正极还是负极？答：________，为什么？答：_________。写出铝电极的电极反应式____________________。4、解释实验5中电流计指针偏向铝的原因________。5、根据实验结果总结：在原电池中金属铝做正极还是做负极受到哪些因素的影响？编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀硫酸偏向Al2Al、Cu稀硫酸偏向Cu3Al、石墨稀硫酸偏向石墨4Mg、AlNaOH溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al练习12（07山东）：铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正负极，并写出电极反应式。小结•1、原电池的本质；•2、原电池的概念、原电池能量变化；•3、原电池的构成条件；4、原电池判定方法；•5、原电池原理（总反应、电极名称、电子流向、电极反应类型，电极反应、总反应与电极反应的关系、离子流向等）；•6、原电池正负极判定；•7、电极反应式书写；8、原电池设计；重点重点随堂检测1、把金属甲和乙分别插入稀硫酸中，观察到金属甲表面有气泡产生，金属乙表面无气泡产生，此实验说明甲的金属活动性比乙的；若把这两种金属用导线连接后平行插入稀硫酸中，则可观察到金属的表面有气泡产生，一段时间后金属的质量减少。2、已知氧化还原反应Cu＋2FeCl3=2FeCl2＋CuCl2，利用这一反应设计一个原电池，画出示意图，标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。CuCl2FeCl3ACuC正极：负极：总反应：Cu－2e-＝Cu2+2Fe3++2e-＝2Fe2+2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+4.为获得较长时间的稳定电流,如何将必修2中由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？ZnSO4H2SO4AZnCuCuZnH2SO4A电化腐蚀的因素探究在前面的实验中，大家有没有留意到不同的原电池产生的电流有大有小，这种差异传达了什么信息？现在就请大家设计方案，用实验事实来说明影响铁的电化腐蚀的因素有哪些？提示:设计几组对比实验,用电流大小来说明金属中使用最广泛的莫过于钢铁了，但由于铁自身不能形成致密的氧化膜，我国每年因腐蚀而损失的铁占钢铁年产量的十分之一，这是一个非常惊人的数目。那你知道影响铁的电化腐蚀的因素有哪些吗？金属的腐蚀包括哪两种？哪种腐蚀最常见也最严重？电化腐蚀的因素探究1、电解质溶液相同时，正负极材料活泼性差异越大,产生的电流越大，铁的腐蚀也越严重。如电解质溶液为CuSO4溶液时:负极正极电流大小Fe铜棒小碳棒大电化腐蚀的因素探究2、正极材料相同时，电流大小与电解质溶液的性质（种类、浓度）有关。以Cu-Fe原电池为例电解质溶液电流大小原电池总反应1mol/L硫酸溶液大Fe+2H+=Fe2++H21mol/LNaCl溶液小2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2酒精无电解质溶液电流大小1mol/L硫酸溶液大极稀的硫酸溶液小电化学防腐1、原电池原理：牺牲阳极的阴极保护法2、电解池原理：与电源负极相连的阴极保护法1.如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A