电化学基础第一节原电池原理和应用课件

电化学基础,第一节 原 电 池,原理和应用,1780,年，伽伐尼,(Galvani,L.),青蛙抽搐实验。,原电池的雏形,理论解释,：,生物电观点,伏打对生物电观点的质疑,（,Volta,A.1745-1827,）,1800,年建立伏打电堆模型。,伏打电池是,实用电池的开端。,氧化反应,Zn-2e=Zn,2+,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,Cu,2+,+2e,-,=Cu,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,Cu,2+,+2e,-,=Cu,Zn-2e,-,=Zn,2+,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+Cu,Zn+CuSO,4,=ZnSO,4,+Cu,(,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,原 电 池 原 理,外电路,内电路,发生了一个氧化还原反应：,将氧化还反应中还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂，使氧化反应和还原反应分别在两极上进行,产生电流,.,Zn +2H,+,=Zn,2+,+H,2,原理分析,请同学们,思考,：,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）：,Cu,2+,+2e,-,=Cu,（还原反应）,电池反应（,总化学方程式,）：,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+Cu,电池符号,：,Zn,ZnSO,4,CuSO,4,Cu,负极 盐桥 正极,一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究,?,二、由两个半电池组成原电池的工作原理,（,1,）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，可以获得电流。,在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。,在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。,练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（）,A,移向,Zn,极，阴离子移向,Cu,极,B,移向,Cu,极，阴离子移向,Zn,极,C,阴离子都移向,Zn,极,D,阴离子都移向,Cu,极,B,一、,原 电 池,1.,定义：把化学能转化为电能的装置。,2.,装置：,3.,工作原理：,Zn+H,2,SO,4,ZnSO,4,+H,2,0,+1,0,+2,2e,-,将氧化还反应中还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂，使氧化反应和还原反应分别在两极上进行,产生电流,.,实验探究形成原电池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成条件一：,活泼性不同的两个电极,负极：较活泼的金属,正极：较不活泼的金属、石墨等,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进电解质溶液中；,实验探究形成原电池的条件,实验探究形成原电池的条件,形成条件三：必须形成闭合回路,（不可以）,可以,与,原 电 池 相关的概念,4.,形成条件：,（,3,）两极相连形成闭合电路。,（,4,）内部条件：能自发进行氧化还原反应。,（,1,）有两种活动性不同的金属（或一种是能导电的非金,属单质）作电极。,（,2,）电极材料均插入电解质溶液中。,A,B,C,D,E,F,M,N,1.,下列哪几个装置能形成原电池？,O,V,X,V,V,X,X,X,X,V,原电池构成条件,典型例题：,与,原 电 池 相关的概念,6.,电极反应式：,正极：,2H,+,+2e,-,H,2,负极：,Zn,2e,-,Zn,2+,5.,总反应式：,Zn+2H,+,Zn,2+,+H,2,Zn+H,2,SO,4,ZnSO,4,+H,2,0,+1,0,+2,2e,-,7.,电极判断：,正极：较不活泼的金属或能导电的非金属,(,石墨棒,),电子流入的极,(,得电子,),，发生还原反应。,负极：较活泼的金属，电子流出的极,(,失电子,),，发生氧化反应。,8.,电子流向,:,负极 正极,导线,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,H,2,SO,4,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,CuSO,4,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,Zn,2e,-,=Zn,2+,氧化,正,2H,+,+2e,-,=H,2,还原,负,Zn,2e,-,=Zn,2+,氧化,正,Cu,2+,+2e,-,=Cu,还原,1.,一个电池反应的离子方程式是,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+Cu,该反应的的原电池正确组合是（）,C,原电池构成条件,A,B,C,D,正极,Zn,Cu,Cu,Fe,负极,Cu,Zn,Zn,Zn,电解质溶液,CuCl,2,H,2,SO,4,CuSO,4,HCl,典型例题：,1,实验室制取氢气，用锌与稀硫酸反应。锌用纯锌好，还是用粗锌好（杂质为碳）？为什么？实验室只有纯的锌粒，怎么办？,思考：,（,3,）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,1.,某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，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,典型例题：,3.,把,a,、,b,、,c,、,d,四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若,a,、,b,相连时，,a,为负极；,c,、,d,相连时，电流由,d,到,c,；,a,、,c,相连时，,c,极上产生大量气泡，,b,、,d,相连时，,b,上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为,(),A,a b c d B,a c d b,C,c a b.d D,b d c a,B,4,、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线,将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯,中央滴入,CuSO,4,溶液，片刻后可观察到的现象是,(,D,),A.,铁圈和银圈左右摇摆不定,B.,保持平衡状态,C.,铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜,D.,银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜,?,设计实验,如何利用下列反应设计一个原电池实验装置？判断电流方向，写出电极反应式，并用实验证明。,2FeCl,3,+Cu=2FeCl,2,+CuCl,2,电极材料,:,Cu-C,电解质溶液,:,FeCl,3,正极,:Cu,2e,Cu,2+,负极,:2,Fe,3+,2e,2,Fe,2+,+,归纳总结,原电池设计思路,:,),能自发进行的氧化还原反应,),选择两个活性不同的电极,),根据总反应选择合适的电解质溶液,),还原剂在负极失电子，发生氧化反应，氧化剂在正极得电子,发生还原反应,常见电池和新型电池示例,负极,（锌筒）,：,Zn-2e,-,=Zn,2+,正极,（石墨）,：,2NH,4,+,+2e,-,=2NH,3,+,2H,2,总反应：,Zn+2NH,4,+,=Zn,2+,+2NH,3,+2H,2,1,、锌,-,锰干电池,常用电池的电极反应和电池总反应式书写,二、化学电源,2,、铅蓄电池,负极,Pb,：,Pb+SO,4,2-,-2e,-,=PbSO,4,正极,PbO,2,：,PbO,2,+4H,+,+SO,4,2-,+2e,-,=PbSO,4,+2H,2,O,总反应,例,2,：蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应,下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是,(),A,放电时，,Fe,是负极，,NiO,2,是正极,B,蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中,C,充电时，阴极上的电极反应为：,D,放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动,解析：,蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属，,A,正确。放电时，,Fe,是原电池的负极，,Fe,失电子被氧化成,Fe,2+,离子。由于负极,Fe,的附近聚集较多的,Fe,2+,离子，电解质溶液中的阴离子向负极移动，,D,不正确。充电时蓄电池起电解池作用，充电时电源的负极应与蓄电池的负极（,Fe,，此时作为电解池的阴极）相连接，发生还原反应。,C,正确。反应是在碱性溶液中进行的，,B,不正确。,答案：,B,、,D,。,钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由,Ag,2,O,和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓,KOH,溶液，已知电池内,Zn,的氧化产物为,ZnO,，,3,、银,-,锌电池,负极：,Zn+2OH,-,-2e,-,=ZnO+H,2,O,正极：,Ag,2,O+H,2,O,+2e,-,=2Ag+2OH,-,总反应：,Ag,2,O+Zn=ZnO+2Ag,4,、燃料电池,负极,H,2,：,2,H,2,+4OH,-,-4e,-,=4H,2,O,正极,O,2,：,O,2,+2,H,2,O,+4e,-,=4OH,-,总反应：,O,2,+2,H,2,=2H,2,O,氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。,例,3,：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有,酸式,和,碱式,两种，它们放电时的总反应都可以表示为,2H,2,+O,2,=2H,2,O,，,酸式,电池中电解质是,酸,，其,负,极反应可表示为,2H,2,-4e,-,=4H,+,，则其正极反应式为,_,_,。碱式电池的电解质是,碱,，其,正极,反应式为,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,，则其负极反应可表示为,_,_,。,O,2,+4e,-,+4H,+,=2H,2,O,2H,2,-4e,-,+4OH,-,=4H,2,O,4,、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中,a,极的电极反应式：,，,b,极的电极反应式为,:,，,此时电池内总的反应式：,。,KOH,溶液,CH4,O,2,H,2,O,a b,CH,4,+10 OH,-,-8e,-,=CO,3,2-,+7H,2,O,CH,4,+2O,2,+2KOH=K,2,CO,3,+3H,2,O,2O,2,+4H,2,O+8e,-,=8OH,有人设计出利用,CH,4,和,O,2,的反应，用铂电极在,KOH,溶液中构成原电池。电池的总反应类似于,CH,4,在,O,2,中燃烧，则下列说法正确的是（）,每消耗,1molCH,4,可以向外电路提供,8mole-,负极上,CH,4,失去电子，电极反应式：,CH,4,+10OH,-,8e-=CO,3,2-,+7H,2,O,负极上是,O,2,获得电子，电极反应式为：,O,2,+2H,2,O+4e-=4OH,-,电池放电后，溶液,PH,不断升高,A.B.C.D.,A,5,、,(99,理综,),熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,.,可用,Li,2,CO,3,和,Na,2,CO,3,的熔融盐混合物用电解质,CO,为阳极燃气,空气与,CO,2,的混合气为阴极助燃气,制得在,6500,下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式,:,负极反应式,:,正极反应式,:O,2,+2CO,2,+4e=2CO,3,2-,总电池反应 式,:,.,2CO+2CO,3,2-,-4e,-,=4CO,2,2CO+O,2,=2CO,2,解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中,CO,为还原剂，空气中,O,2,为氧化剂，电池总反应式为：,2CO+O,2,=,2CO,2,。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：,O,2,+2CO,2,+4e,-,=,2CO,3,2-,。,5,、海水电池（电解质溶液为海水）,负极：,4Al-12e,=4Al,3+,，,正极：,3O,2,+6H,2,O+12e,=12OH,总反应：,4Al+3O,2,+6H,2,O=4Al(OH),3,6,、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：,2Li-2e,=2Li,+,，正极：,I,2,+2e,=2I,，,总反应：,2Li+I,2,=2LiI,跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。,（,1,）利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。,（,2,）碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。,（,3,）负极：,2Fe-4e,-,2 Fe,2+,，,正极：,O,2,+2H,2,O+4e,-,4OH,-,，,总反应方程式是：,4 Fe+3O,2,+6H,2,O,4Fe(OH),3,市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等，热敷袋启用之前用塑料袋密封使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量，使用完后，会发现有大量的铁锈存在，请回答下列问题：,（,1,）热敷袋使用时，为什么会放出热量？,（,2,）碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？,（,3,）试写出有关的电极反应式和化学方程式。,原电池电极反应式的书写方法：,（,1,）负极氧化正极还原。,（,2,）在酸性溶液中只发生消耗,H,+,和产生,H,+,的反应，在碱性溶液中只发生消耗,OH,和产生,OH,的反应,，反应遵循电荷守恒和质量守恒。,（,3,）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。,小结,化学腐蚀与电化腐蚀,化学腐蚀,电化腐蚀,条件,金属跟非金属单质,直接接触,不纯金属或合金,跟电解质溶液接触,现象,无电流产生,有微弱电流产生,本质,金属被氧化,较活泼金属被氧化,联系,两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍,金属的腐蚀,金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,三、金属的腐蚀及其防护,吸氧腐蚀（以,Fe,为例）,吸氧腐蚀,条件,电,极,反,应,负极,正极,总反应式,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,2Fe+O,2,+2H,2,O=2Fe(OH),2,Fe-2e,=Fe,2+,不纯金属或合金表面覆盖水膜,（,3,）金属防护的几种重要方法,改变金属内部的组织结构，制成合金。,在金属表面覆盖保护层。,电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解,池的阴极而受到保护。,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：,电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀,防腐措施由好到坏的顺序如下：,外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀,小结,练习,马口铁和白铁一旦有划痕后，在潮湿的空气中，谁被腐蚀的速度快？,Al Zn Fe Sn (H)Cu,例,1.,下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序是,A B ,C D ,D,1.,利用原电池原理设计新型化学电池；,2.,改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；,3.,进行金属活动性强弱比较；,4.,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。,三、原电池的主要应用：,5.,解释某些化学现象,(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,C.,将甲乙作电极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,H,2,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,）,原电池原理应用：,(2),比较反应速率,例,2,：下列制氢气的反应速率最快的是,C.,粗锌和,1mol/L,盐酸；,A.,纯锌和,1mol/L,硫酸；,B.,纯锌和,18 mol/L,硫酸；,D.,粗锌和,1mol/L,硫酸的反应中加入几滴,CuSO,4,溶液。,（,D,）,原电池原理应用：,(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,(5),(2),(1),(3),(4),原电池原理应用：,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，,200mLH,2,SO,4,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,值变,_,？（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,答：,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn,2e,-,Zn,2+,2H,+,+2e,-,H,2,得：,2 2 22.4,x,y,0.168,解：,0.20.1252,0.015,c,(H,+,),余,2H,+,2eH,2,大,0.015,原电池原理应用：,(5),原电池原理的综合应用,例,6,：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。,“热敷袋”是利用,放出热量。,2),炭粉的主要作用是,。,3),加入氯化钠的主要作用是,。,4),木屑的作用是,。,铁被氧化,与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化,氯化钠溶于水、形成电解质溶液,使用“热敷袋”时受热均匀,原电池原理应用：,已知反应,AsO,4,3,+2I,+2H,+,AsO,3,+I,2,+H,2,O,是可逆反应设计如图装置，进行下述操作：,(),向,(B),烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安培表,指针偏转；,(),若改往,(B),烧杯中滴加,40,NaOH,溶液，发现微安培表指针向前述相反方向偏转,试回答：,(1),两次操作过程中指针为什么会发生偏转,?,答：,。,(2),两次操作过程中指针偏转方向为什么会相反,?,试用平衡移动原理解释此现象,答：,_,。,(3)(),操作过程中,C,1,棒上发生的反应为,。,(,4,)(),操作过程中,C,2,棒上发生的反应为,。,这是原电池，指针偏转是由于电子流过电流表,B,中加盐酸，,AsO,4,3,发生得电子反应为正极；而当加入,NaOH,后，,AsO,3,3,发生失电子反应，为负极；,2I,2e,=I,2,AsO,3,3,2e,+2OH,=AsO,4,3,+H,2,O,拓展练习,（,1,）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的,现象。,两极反应式为：正极,；,负极,。,该装置将,能转化为,能。,（,2,）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，,则负极为,，总反应方程,为,。,镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；,Al,Mg,2e,=Mg,2+,化学能,电能,(Al)2H,+,+2e,=H,2,2Al+2NaOH+2H,2,O=2NaAlO,2,+3H,2,在一 瓣橘子上相隔,0.5cm,分别插一小铜片,和铝片，把铜片和铝片的另一端通过导线接,触耳机的两极，试试能否听到“嘎嘎”声。能,够从耳机中听到“嘎嘎”声，说明了什么？用,其他金属、水果、液体再试一试。,研 究 性 学 习,铝片,铜片,作业,1.,下列装置中不能组成原电池形成电流的是,(),Zn,Cu,H,2,SO,4,A,Zn,Cu,CuSO,4,A,Zn,Cu,C,2,H,5,OH,A,Cu,Cu,H,2,SO,4,C,2,、都是金属，把浸入的硝酸盐溶液中，的表面有析出。与组成原电池时，为电池的负极。、三种金属的活动性顺序为（,）,、,、,、,、,C,3.Cu,、,Fe,作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：,Cu,作,_,极,Fe,作,_,极,电极反应式是：负极,_,正极,_,总反应式是,_,如将稀硫酸改为浓硝酸则：,Cu,作,_,极,Fe,作,_,极,电极反应式是：负极,_,正极,_,总反应式是,_,Cu+4HNO,3,(,浓,)=Cu(NO,3,),2,+2NO,2,+2H,2,O,正,负,Fe-2e,-,=Fe,2+,2H,+,+2e,-,=H,2,Fe+H,2,SO,4,=FeSO,4,+H,2,负,正,Cu-2e,-,=Cu,2+,2NO,3,-,+4H,+,+2e,-,=2NO,2,+2H,2,O,