原电池PPT课件

第四章电化学基础第一节原电池电化学：指研究化学能与电能之间相互转换的装置、过程和效率的科学。过程及装置分按电化学反应2.借助电流而发生反应及装置(如:电解池)｛1.产生电流的化学反应及装置(如:原电池等)1780年，意大利生物学家伽伐尼(Galvani,L.)在做青蛙的解剖实验时发现有青蛙抽搐现象。原电池的雏形理论解释：生物电观点普通干电池手机电池钮扣电池笔记本电脑专用电池摄像机专用电池“神六”用太阳能电池形形色色的电池【复习一】构成原电池的条件：两极一液一连线负极（活泼金属）：正极（较不活泼金属或非金属）：电子流出、发生氧化反应电子流入、发生还原反应④在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应①两个活动性不同的金属（或其中一种为非金属，即作导体用）作电极。②电解质溶液③形成闭合回路（前提条件）CuFeH2SO4CuZnH2SO4CuFeNaCl溶液CuZn酒精CuZnH2SO4H2SO4ABCDEFMnZnZ4OS2HNuC4OS2H下列哪几个装置能形成原电池？VXVVXXXV思考与练习［问题］在左图（１）装置中，可以观察到什么现象？［现象］锌片上有气泡，铜片上无气泡（１）（２）［问题］在左图（２）装置中，可以观察到什么现象？［现象］锌片溶解，铜片上有气泡［分析］Ｚｎ片能与稀硫酸直接反应放出氢气Ｚｎ＋２Ｈ＋＝Ｚｎ２＋＋Ｈ２↑［分析］铜片上：2Ｈ＋＋２ｅ-=H2↑锌片上：Ｚｎ－２ｅ-=Ｚｎ２＋总反应：Ｚｎ＋２Ｈ＋＝Ｚｎ２＋＋Ｈ２↑［复习二］原电池的工作原理氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）负极（还原性）还原反应氧化反应正极（氧化性）失e－得e－电子e－电流Ｉ［结论］把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，再以适当的方式连接起来，就可以获得电流．CuSO4溶液电流表指针发生偏转，但不稳定。两个电极上都有红色物质生成CuSO4溶液思考：如何才能得到持续稳定的电流？分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池。实验探究盐桥的作用是什么？将电解质溶液装在倒置的U形管中，跨接于两电解质溶液之间，代替两溶液的直接接触，连成一个通路。就构成了盐桥。可使由它连接的两溶液保持电中性，盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。小结：将原电池反应中的氧化反应与还原反应分开在两个不同区域内进行，再以适当的方式连接起来，从而获得了稳定持续的电流。盐桥CuSO4溶液CuSO4溶液GZnCu［实验一］按下图进行实验，注意观察现象．［实验现象］②锌片溶解，质量减少；③铜片上有红色物质析出。[结论]Cu-Zn-CuSO4溶液构成了原电池，称为铜锌原电池．负极正极（锌片）：（铜片）：Ｚｎ－２ｅ－＝Ｚｎ２＋Ｃｕ２＋＋２ｅ－＝Ｃｕ①电流计指针偏转，并指示电子是由锌片流向铜片；（向正极偏转）总电池反应式是：Ｚｎ＋Ｃｕ２＋＝Ｃｕ＋Ｚｎ２＋一、双液原电池的工作原理［实验二］继续观察实验一装置中电流计电流强度随时间延续的情况，以及锌片表面的变化。实验现象：指针偏转角度渐渐减少，同时锌片表面有铜析出。如何设法阻止溶液中的Cu2+在负极锌表面还原以及能使该装置原电池得到持续、稳定的电流呢？［设想］若把装置中左烧杯中的CuSO4溶液换成ZnSO4溶液可以吗？［实验三］教材P71“实验4-1”实验现象：①盐桥存在时电流计指针偏转，且指针偏转角度随时间的延续几乎保持不变；②Zn片溶解，无红色物质析出，Cu片上有红色物质析出；③取出盐桥电流计指针回到零点。实验结论：Zn—Cu—ZnSO4溶液—CuSO4溶液—盐桥构成了原电池（双液原电池），能产生持续、稳定的电流；取出盐桥时没有电流产生，不能形成原电池．利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。参考答案(+)(-)GZnPtFeCl3溶液负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）(+)(-)ZnCl2溶液FeCl3溶液盐桥GZnC负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）一、双液原电池的工作原理１、构造特点：由两个半电池组成，每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应，电池反应的还原剂与氧化剂分别位于两个半电池中，中间通过盐桥连接形成闭合回路。２、电极反应：负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Cu）：Cu2++2e-=Cu（还原反应）电池反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu3、电子、电流的流向外电路：电子由负极（Zn片）流向正极（Cu片）；电流由正极（Cu片）流向负极（Zn片）；内电路：阳离子移向正极（Cu片）；阴离子移向负极（Zn片）。４、盐桥的作用通过阴、阳离子的定向移动，在内电路形成电流回路而不中断电流。５、意义：随开随用，并能长时间产生持续、稳定的电流。［小结］二、原电池的原理及形成条件［小结］1、原电池的定义：化学能转变为电能的装置。２、构成原电池的条件：（1）有两种活动性不同的金属（或金属与非金属）作电极。（2）电极材料均插入电解质溶液中。（3）两极相连形成闭合电路。两极－液－连线3、原电池的电极：①材料种类：②负极：还原剂发生氧化反应的一极；③正、负极的判断方法：电流计指针的偏转方向：电子流出或电流流入的一极为负极，电子流入或电流流出的一极为正极实验现象：电极本身溶解的为负极，电极上有金属或气体析出的为正极正极：氧化剂发生还原反应的一极；金属—金属（活泼性不同）；金属—非金属；金属—金属氧化物等。（4）氧化还原反应（前提条件）1.判断下图装置，哪些能形成原电池（）2.发生原电池的反应通常是放热反应，在理论上可设计成原电池的化学反应是（）A、C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H＞0B、NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)△H＜0C、4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)△H＜0D、CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H＜0AECDCuFeNaCl溶液(F)F3.某原电池总反应式为：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，能实现该反应的原电池是()4.将镁片和铝片用导线相连，分别同时插入稀H2SO4和NaOH溶液中，写出两池中的电极反应式和电池反应式。ABCD电极材料Cu、ZnCu、AgCu、CFe、Zn电解质溶液FeCl3Fe2(SO4)3Fe(NO3)2CuSO4B①Mg—Al—稀H2SO4原电池：负极（Mg）：Mg-2e-=Mg2+（氧化反应）正极（Al）：2H++2e-=H2↑（还原反应）电池反应：Mg+2H+=Mg2++H2↑②Al—Mg—NaOH原电池：负极（Al）：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O（氧化反应）正极（Mg）：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-（还原反应）电池反应：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ε与金属活动性顺序表讨论一组问题1.如果将Zn电极换成Fe电极，ε值将如何变化？2.欲使置换能力升高即ε升高，电极材料如何变换？降低呢？3.如果将H2SO4稀释，ε值将如何变化？4.如果将H2SO4溶液换成同浓度的CuSO4溶液，ε值将如何变化？5.是否金属越活泼，一定作负极？越不活泼，一定作正极？1、原电池的定义：2、原电池反应的本质：3、构成原电池的条件：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。氧化还原反应①两个活动性不同的金属（或其中一种为非金属，即作导体用）作电极。②电解质溶液③形成闭合回路④在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应（前提条件）原电池是由两个半电池组成的电池反应：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+（离子方程式）Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu（化学方程式）正极（铜电极）：Cu2++2e-Cu负极（锌电极）：Zn-2e-Zn2+4、电极反应：半电池中的反应就是半反应，即电极反应。氧化反应还原反应5、盐桥的作用：使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电荷平衡，组成内部闭合回路，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。6、电解质溶液和电极材料的选择①活泼性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极②金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极③金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt（2）电池的电极材料必须能导电（1）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。7、原电池的正负极的判断方法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）1.关于原电池的叙述中正确的是（）A.构成原电池两极的必须是两种不同金属B.内电路阳离子移向的一极为正极，外电路电子流出的一极为负极C.原电池工作中总是负极溶解，正极上有物质析出D.原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原B(1)比较金属活动性强弱。：例1下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（）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；C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；C8、原电池原理应用(2)比较反应速率快慢例2：下列制氢气的反应速率最快的是（）A.纯锌和1mol/L硫酸；B.纯锌和18mol/L硫酸；C.粗锌和1mol/L盐酸；D.纯锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。D(3)比较金属腐蚀的快慢例3：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(2)(1)(3)例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)(4)判断溶液pH值变化例5：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-lg3.75－0.015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↑3.40.015＝4-0.6＝3.4化学电池的组成组成负极正极电解质电极材料电极上发生反应的物质电子流向反应类型能导电的物质还原性较强的物质(多是金属电极本身)氧化性较强的物质酸溶液碱溶液盐溶液或熔融液流出电子流入电子氧化反应还原反应