化学选修四第四章第一节课件

第四章第四章电化学基础电化学基础第一节第一节原电池原电池5/18/2024 4:55 AM电化学：研究电化学：研究化学能化学能与与电能电能相互转换的装置、过程相互转换的装置、过程和效率的科学。和效率的科学。电电化化学学原电池原电池：产生电流的反应，发生在化学电产生电流的反应，发生在化学电池中，是自发的，向外输送能量池中，是自发的，向外输送能量电解池电解池：借助电流而发生的反应：发生在电借助电流而发生的反应：发生在电解池中，由外界输入的能量推动解池中，由外界输入的能量推动第四章 电化学基础8/3/2023 10:07 PM电化学1普通干电池普通干电池充电干电池充电干电池钮扣电池钮扣电池笔记本电脑笔记本电脑 专用电池专用电池 摄像机摄像机专用电池专用电池 手机电池手机电池普通干电池充电干电池钮扣电池笔记本电脑 摄像机 手机电池2CuZn 稀硫酸稀硫酸-Zn2+H+H+Zn2e-=Zn2+负极负极正极正极2H+2e-=H2总反应式总反应式:Zn+2H+=Zn2+H2负负正正氧化反应氧化反应还原反应还原反应现象：现象：锌棒溶解，铜棒上锌棒溶解，铜棒上有气泡有气泡ACuZn 稀硫酸-Zn2+H+H+Zn2e-=Zn4CuZn-Zn2+H+H+负极负极正极正极阳离子阳离子阴离子阴离子正极正极负极负极SO42-原电池工作原理原电池工作原理Ae-CuZn-Zn2+H+H+负极正极阳离子阴离子正极负极S5氧化反应氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应2H+2e-=H2阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 Zn+2H+=Zn2+H2(离子方程式）离子方程式）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2（化学方程式）（化学方程式）阳离子阳离子原原 电电 池池 原原 理理外电路外电路内电路内电路电极电极反应反应电极电极反应反应氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池电解质溶液失e，6判断下列装置哪些属于原电池判断下列装置哪些属于原电池H2SO4Zn ZnZn Zn（1 1）石墨石墨石墨石墨H2SO4（2 2）H2SO4Zn Zn 石墨石墨（3 3）Zn Zn CuCuH2SO4（4 4）CuSO4Zn Zn CuCu（5 5）C2H5OHZn Zn CuCu（6 6）Zn Zn CuCuZnSO4 CuSO4（7 7）判断下列装置哪些属于原电池H2SO4Zn Zn（1）石7正极：正极：负极：负极：H2SO4MgAlNaOHMgAl浓浓HNO3AlCu判断下列原电池的正负极？判断下列原电池的正负极？AlAlMgMgMgMgAlAlAlAlCuCu(金属活泼性金属活泼性)(Mg不不与与NaOH反应反应)(Al发生钝化发生钝化)特别注意：正极：H2SO4Mg AlNaOHMg8（1 1）有两种）有两种活泼性不同活泼性不同的金属（或一种是的金属（或一种是 非金属单质或金属氧化物）作电极。非金属单质或金属氧化物）作电极。（2 2）电极材料均插入）电极材料均插入电解质电解质溶液中。溶液中。（3 3）两极相连形成）两极相连形成闭合闭合电路。电路。1.内部条件：能自发进行内部条件：能自发进行氧化还原氧化还原反应反应2.外部条件：外部条件：组成原电池的条件组成原电池的条件 两极一液一连线，氧化还原是中心两极一液一连线，氧化还原是中心（1）有两种活泼性不同的金属（或一种是 9细小铜颗粒细小铜颗粒呈现呈现黑色黑色1、锌片上的、锌片上的Cu是是通过什么反应通过什么反应产生的产生的?2、此反应对电池的效率何影响？为什么、此反应对电池的效率何影响？为什么?3、如何改进？参考课本、如何改进？参考课本P76思考讨论思考讨论细小铜颗粒呈现黑色1、锌片上的Cu是思考讨论10造成的主要原因：造成的主要原因：由于锌片与硫酸铜溶液直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。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。电池了，也就没有电流在产生。改进措施？改进措施？将锌片与硫酸铜溶液隔离将锌片与硫酸铜溶液隔离造成的主要原因：由于锌片与硫酸铜溶液直改进措施？将锌片与硫酸11让锌片与稀硫酸让锌片与稀硫酸不直接接触不直接接触ZnSO4溶液溶液 CuSO4溶液溶液ZnCuA？改进改进硫酸铜硫酸铜 CuZnA盐桥制法：盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入将热的琼胶溶液倒入U形管中形管中(注意不要产注意不要产生裂隙生裂隙)，将冷却后的，将冷却后的U形管浸泡在形管浸泡在KCl或或NH4NO3的饱和的饱和溶液中即可。溶液中即可。2)将将KCl或或NH4NO3的饱和溶液装入的饱和溶液装入U形管，形管，用棉花都住管口即可。用棉花都住管口即可。注意：左右两个烧杯中的电解质溶液应注意：左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有与电极材料具有相同的阳离子。相同的阳离子。让锌片与稀硫酸不直接接触ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu12有盐桥存在时电流计指有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流针发生偏转，即有电流通过电路。取出盐桥，通过电路。取出盐桥，电流计指针即回到零点，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。说明没有电流通过。Zn2+SO42-无盐桥存在无盐桥存在时为什么不时为什么不能产生电流能产生电流？有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。取出盐桥，13ZnSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液可使连接的两溶液保持电可使连接的两溶液保持电中性，中性，从而持续稳定的产生电流。从而持续稳定的产生电流。2.盐桥的作用：盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触代替两溶液直接接触改进后的原电池装置提高改进后的原电池装置提高了能量转换率。了能量转换率。分析分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？生电流？盐桥在此的作用是什么？ZnSO4溶液CuSO4溶液可使连接的两溶液保持电中性，214负极（锌片）：负极（锌片）：Zn 2e -=Zn 2+（氧化反应）（氧化反应）正极（铜片）：正极（铜片）：Cu2+2e -=Cu （还原反应）（还原反应）电池反应（电池反应（总化学方程式总化学方程式）：）：Zn+Cu2+=Zn 2+Cu 二、由两个半电池组成原电池的工作原理二、由两个半电池组成原电池的工作原理（双液电池）（双液电池）把氧化反应和还原反应分开在不同把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。以获得电流。注意：左右两个烧杯中的电解质溶液注意：左右两个烧杯中的电解质溶液应应 与电极材料具有相同的阳离子。与电极材料具有相同的阳离子。电池符号电池符号：(-)Zn|ZnSO(-)Zn|ZnSO4 4CuSOCuSO4 4|Cu(+)|Cu(+)“|”“|”表示液表示液表示液表示液-固的界面；固的界面；固的界面；固的界面；“”“”表示盐桥。表示盐桥。表示盐桥。表示盐桥。负极（锌片）：Zn 2e -=Zn 2+（氧化15氧化反应氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池 电解质溶液电解质溶液电子定向移动产生电流电子定向移动产生电流还原反应还原反应Cu2+2e-=Cu阴离子阴离子阳离子阳离子负极负极正极正极 阳离子阳离子原原 电电 池池 原原 理理外电路外电路内电路内电路半电池半电池半电池半电池Zn+Cu2+=Zn 2+Cu ZnSO4CuSO4盐桥盐桥阳离子阳离子离子定向移动形成回路离子定向移动形成回路氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池 电解质溶液电子定16三、三、原电池的设计方法原电池的设计方法：思考：思考：如何把总方程式拆分成电极反应？如何把总方程式拆分成电极反应？如何选择电极材料和电解质溶液？如何选择电极材料和电解质溶液？如何连接形成闭合回路获得稳定的电流如何连接形成闭合回路获得稳定的电流?总结原电池的设计方法？总结原电池的设计方法？Zn+Cu2+=Zn 2+Cu 负极：负极：Zn 2e -=Zn 2+（氧化反应）（氧化反应）正极：正极：Cu2+2e -=Cu （还原反应）（还原反应）负极负极Zn ZnSO4 正极正极Cu CuSO4 盐桥盐桥(KCl)化合价升高化合价升高失失2e-化合价降低化合价降低得得2e-三、原电池的设计方法：思考：Zn+Cu2+=Zn 218、根据氧化还原反应电、根据氧化还原反应电子转移判断子转移判断电极反应电极反应。、根据电极反应确定合、根据电极反应确定合适的适的电极材料电极材料和和电解质电解质溶液溶液原电池的设计原电池的设计 例例1、利用、利用Fe+Cu2+=Fe2+Cu，设计设计一个原电池一个原电池.CuFeCuSO4FeSO4化合价升高化合价升高失失2e-化合价降低化合价降低得得2e-、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。原电池的设计CuF19例例2、利用此利用此氧化还原氧化还原反应来设计原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置电池，写出电极反应式。并画出装置图图（Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2）化合价降低得化合价降低得2e-Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+化合价升高失化合价升高失2e-CuCFeCl3CuCl2例2、利用此氧化还原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画20例3：利用此利用此氧化还原氧化还原反应来设计原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装电池，写出电极反应式。并画出装置图置图u还原剂和氧化产物为还原剂和氧化产物为负极负极的半电池的半电池u氧化剂和还原产物为氧化剂和还原产物为正极正极的半电池的半电池Zn+2Ag+=Zn2+2Ag例3：利用此氧化还原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出21高考链接高考链接（07海南）依据氧化还原反应：海南）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。设计的原电池如图所示。请回答下列问题：请回答下列问题：（1）电极）电极X的材料是的材料是；电解质溶液；电解质溶液Y是是 ；（2）银电极为电池的）银电极为电池的 极，发生的电极反应为极，发生的电极反应为 ；X电极上发生的电极反应为电极上发生的电极反应为 ；（3）外电路中的电子是从）外电路中的电子是从 电极流向电极流向 电极。电极。CuAgNO3溶液溶液2Ag+2e-=2AgCu-2e-=Cu2+CuAg正正高考链接（07海南）依据氧化还原反应：请回答下列问题：221.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；2.改变化学反应速率：改变化学反应速率：如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气或者在锌和硫酸中滴加几滴硫酸铜溶液；或者在锌和硫酸中滴加几滴硫酸铜溶液；3.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型化学电池；4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。而受到保护。如在铁器表面镀锌。四、原电池的主要应用：四、原电池的主要应用：5.解释某些化学现象解释某些化学现象1.进行金属活动性强弱比较；2.改变化学反应速率：3.利用原231 1、原电池的定义：、原电池的定义：、原电池的定义：、原电池的定义：2 2、原电池反应的本质：、原电池反应的本质：、原电池反应的本质：、原电池反应的本质：3 3、构成原电池的条件：、构成原电池的条件：、构成原电池的条件：、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。将化学能转化为电能的装置叫做原电池。氧化还原反应氧化还原反应两个两个活动性不同的金属活动性不同的金属（或其中一种为（或其中一种为 非金属，即作导体用）作电极。非金属，即作导体用）作电极。电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应反应（前提（前提（前提（前提条件）条件）原电池是由两个半电池组成的原电池是由两个半电池组成的小结小结1、原电池的定义：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。氧化还24电池反应：电池反应：Zn+CuZn+Cu2+2+=Cu+=Cu+ZnZn2+2+（离子方程式）（离子方程式）Zn+CuCuSO4=ZnSO4+CuCu （化学方程式）（化学方程式）正极（铜电极）：正极（铜电极）：CuCu2+2+2e+2e-=-=CuCu 负极（锌电极）：负极（锌电极）：Zn-2eZn-2e-=-=Zn Zn2+2+4、电极反应：、电极反应：半电池中的反应就是半反应，即电极反应。半电池中的反应就是半反应，即电极反应。氧化反应氧化反应还原反应还原反应5、盐桥的作用：、盐桥的作用：使使Cl-向锌盐方向移动，向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使向铜盐方向移动，使Zn盐和盐和Cu盐溶液一直保持电荷平衡，组成内部闭盐溶液一直保持电荷平衡，组成内部闭合回路，从而使电子不断从合回路，从而使电子不断从Zn极流向极流向Cu极。极。电池反应：正极（铜电极）：Cu2+2e-=C256、电解质溶液和电极材料的选择、电解质溶液和电极材料的选择活泼性不同活泼性不同 的两种金属。的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极作正极惰性电极惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt（2）电池的电极材料必须能导电）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）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，两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯则左右两个烧杯中的电解质溶液应中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子与电极材料具有相同的阳离子。7.原电池的表示方法：原电池的表示方法：(-)Zn|ZnSO(-)Zn|ZnSO4 4CuSOCuSO4 4|Cu(+)|Cu(+)“|”“|”表示液表示液表示液表示液-固的界面；固的界面；固的界面；固的界面；“”“”表示盐桥。表示盐桥。表示盐桥。表示盐桥。6、电解质溶液和电极材料的选择活泼性不同 的两种金属。如锌268、原电池的正负极的判断方法、原电池的正负极的判断方法电子流出的极电子流出的极电子流入的极电子流入的极负极负极正极正极较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不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增加的电极质量减少的电极质量减少的电极负极负极正极正极正极正极负极负极有气泡冒出的电极为正极有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生氧化反应的极发生还原反应的极发生还原反应的极 宏观判断宏观判断：根据电极材料根据电极材料根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应根据电极增重还是减重根据电极增重还是减重根据电极有气泡冒出：根据电极有气泡冒出：负极负极正极正极（工作后）（工作后）（工作后）（工作后）微观判断微观判断（根据电子流动方向）（根据电子流动方向）8、原电池的正负极的判断方法电子流出的极负极较活泼的电极27作业作业1、作业本：作业本：1、62、3、4、5做在课本上做在课本上2、学案、活页卷相关习题、学案、活页卷相关习题作业1、作业本：1、6 28