化学选修4：《原电池》课件

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1、重庆市巫溪县中学校高2015级化学备课组,第四章 电化学基础,第一节 原电池,1、电化学： 2、从反应产物与电流的关系分类：,阅读教材P70 回答,研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学,产生电流的反应原电池,借助电流而发生的反应电解池,【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,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

2、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,Zn2e- = Zn2+,正,2H+ +2e- =H2,还原,负,Zn2e- =Zn2+,氧化,正,Cu2+ +2e- = Cu,还原,一、原电池及其工作原理,1.定义：,将化学能转化为电能的装置叫做原电池。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。,.电极名称：,相对活泼的电极为负极 相对不活泼的电极为正极,3.电极反应：,负极： 正极：,失电子的氧化反应 得电子的还原反应,4. 原电池的形成条件,(4)形成闭合回路： （两电极用导线连接或直接接触）,（1）能自

3、发进行的氧化还原反应： 电极和电解质溶液 两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）,（2）具有电解质溶液： 参与电极反应或构成内电路,（3）两导体作电极： 活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体如石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。 两不活泼的导体石墨或Pt等。（燃料电池电极）,【特别提醒】,(4)有的原电池产生电流大，可以对外做功；有的原电池，电极上发生的反应极慢，产生的电流及其微弱，不能对外做功。,（1）不要形成活泼金属一定作负极的思维定式。,（2）原电池中，电极材料可能与电解质反应，也可能与电解质不反应。,（3）形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接，也可以直接连接。,5.

4、定向移动方向：电子、离子,原电池,“负极给出电子，并流向正极”,必发生 失电子 的 氧化反应,必发生 得电子 的 还原反应,例1. 下列哪几个装置能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,M,N,CuSO4,例2. 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( ) (A)正极附近的SO42离子浓度逐渐增大 (B)电子通过导线由铜片流向锌片 (C)正极有O2逸出 (D)铜片上有H2逸出,D,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液 盐桥,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,总反应：,负极,正极,2H+2e- =H2

5、,Zn-2e- =Zn2+,Zn+2H+=Zn2+H2,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,(离子方程式）,（化学方程式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,阳离子,外电路,内电路,6：原电池的工作原理：,1.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( ) A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,B,2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH( ) A.不变 B.先变大后变小 C.逐渐变大 D.逐渐变小,C,练习：,例3.市场上出售的“热敷袋”，其主要成分是：铁屑、炭粉、木屑与少量NaCl、水等。它在使用之前，需要塑料袋与空气隔

6、绝。使用时开启塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量放出。当使用完后还会发现有铁锈生成。,(1) 热敷袋使用时，为什么会放出热量？,(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。,(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？,(1) 热敷袋使用时，为什么会放出热量？,(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。,利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。,负极：2Fe - 4e- = 2Fe2+ 正极：O2+2H2O + 4e- = 4OH- 总反应：4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH)3,(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？,碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，

7、加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。,7、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究,提出问题： 左图是原电池，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？有没有 什么改进措施？,造成的主要原因：由于锌片与硫酸铜溶液直 接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液 中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少 量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表 面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌 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 电池了，也就没有电流在产生。,改进措施？,将锌片与硫酸铜溶液隔离,硫酸锌溶液,硫酸铜

8、溶液,为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图4-1）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？,盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液,此装置优点：能稳定长时间放电,盐桥在此的作用是什么？改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？,阅读教材72页,得出结论,盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,（2）平衡电荷。,在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均

9、会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。,由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反应）,正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu

10、 （还原反应）,电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,电池符号： Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极 盐桥 正极,（）盐桥的作用是什么？ 可提供定向移动的阴阳离子，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。 导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。,总结. 双液原电池的工作原理,（）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出,盐桥的作用： （1）形成闭合回路。 （2）平衡电荷。,(3)双液原电池的优点： 能产生持续、稳定的电流。,8：

11、原电池的设计： 从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设 计成原电池。 （1）基本方法：以氧化还原反应为基础，确定原电池的 正负极，电解质溶液及电极反应。其方法是：还原剂作 负极，比负极不活泼的金属或非金属导体作正极，氧化 剂的溶液做电解质溶液。,（2）电解质溶液的选择：,电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质与负极发生反应（如空气中的氧气）。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。,活泼性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极 金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极 金属和化合

12、物。如铅蓄电池，铅作负极，PbO2作正极 惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt,（3）电极的选择（电池的电极必须导电）,例4. 依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。,请回答下列问题： (1)电极X的材料是_； 电解质溶液Y是_； (2)银电极为电池的_极， 发生的电极反应为_ X电极上发生的电极反应为_； (3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。,铜(或Cu),AgNO3溶液,正,2Ag2e = 2Ag,Cu -2e = Cu2,负(Cu),正(Ag),【练习】利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设计一

13、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。,(+),(-),负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应） 正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）,(+),(-),方法一：根据电极材料的性质确定。 1.对于金属金属电极， 活泼金属是负极，不活泼金属是正极； 2.对于金属非金属电极， 金属是负极，非金属是正极，如干电池等； 3.对于金属化合物电极， 金属是负极，化合物是正极。 方法二：根据电极反应的本身确定。 失电子的反应氧化反应负极； 得电子的反应还原反应正极。,9：原电池的正负极的判断方法,方法三：根据电流方向或电子流动方向判断。 方

14、法四：根据电解质溶液内离子移动方向判断。,方法五：根据电极变化判断：工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极上放电，该极活动性弱。 方法六：根据电极现象判断：工作后，电极上有气泡产生，说明溶液中的氢离子在电极上放电，该极活动性弱。,三、原电池的正负极的判断方法,微观判断 （根据电子流动方向）,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 工作后 质量减少的电极,负极 正极,正极 负极,工作后，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,宏观判断： 根据电极材料 根据原电池电极发生 的反应 根据电极增重还是减重 根据电极有气泡冒出：,负极 正极,电极反应式和总反应式的书写,1.找出原电池的正负极,正极：Cu极 负极：Zn极,2.结合电解质溶液，找出氧化产物和还原产物,氧化产物：Zn2+ 还原产物：Cu,3.写出电极反应式与总反应式,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn2+ （氧化反应）,正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）,电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,谢谢！,