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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章电化学基础,第一节,原电池第一节,原电池,第四章电化学基础第一节,1,课程标准导航,1.,原电池的工作原理。,2,能表示电极反应式和电池反应方程式。,3,能设计原电池装置。,课程标准导航,2,一、原电池的基础知识,1.定义:,把化学能转变为电能的装置,。,理解:,外形无外加电源,自发的,氧化还原反应,才可能被设计成原电池,复习回顾,一、原电池的基础知识1.定义:理解:复习回顾,3,Cu,Zn,稀硫酸,-,-,-,Zn,2,+,H,+,H,+,Zn,2e,-,=Zn,2+,负极,正极,2H,+,+,2e,-,=H,2,总反应式,:,Zn+2H,+,=Zn,2+,+H,2,负,正,氧化反应,还原反应,现象:,锌棒溶解,铜棒上有气泡,。,A,原电池工作原理,CuZn 稀硫酸-Zn2+H+H+Zn2e-=Zn,4,Cu,Zn,-,-,-,Zn,2+,H,+,H,+,负极,正极,阳离子,阴离子,正极,负极,SO,4,2-,原电池工作原理,A,e,-,CuZn-Zn2+H+H+负极正极阳离子阴离子正极负极S,5,(,1,)有两种,活泼性不同,的金属(或一种是非金属单质或金属氧化物)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,。,1.,内部条件:能自发进行,氧化还原反应,2.,外部条件:,组成原电池的条件,两极一液成回路,氧化还原是中心,。,(1)有两种活泼性不同的金属(或一种是非金属单质或金属氧化物,6,判断下列装置哪些属于原电池,?,(,3,),(,4,),CuSO,4,Zn,Cu,(,5,),C,2,H,5,OH,Zn,Cu,Zn,Cu,ZnSO,4,Cu,SO,4,练习,(6),(7),(1),(2),判断下列装置哪些属于原电池?(3)(4)CuSO4Zn,7,理论上应看到只在铜片上有大量气泡,实际上锌片上也有大量气泡产生,这是什么原因导致的呢?,最终又会造成什么后果?怎样避免和克服呢?,A,稀,H,2,SO,4,锌片 铜片,想一想,理论上应看到只在铜片上有大量气泡,实际上锌片上也有大量气泡产,8,提出问题:,上图是将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池,,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?,学生讨论,造成的主要原因:,锌片不纯,,以及铜极上聚集了许多氢气泡,把铜极跟稀硫酸逐渐隔开,这样就增加了电池的内阻,使电流不能畅通。,(,一,),对锌铜原电池工作原理的进一步探究,如何避免发生这种现?,提出问题:学生讨论造成的主要原因:锌片不纯,以及铜极上聚集,9,【,交流,研讨一,】,让锌片与稀硫酸不直接接触,ZnSO,4,溶液,H,2,SO,4,溶液,Zn,Cu,A,改进,如何改进原电池装置?,稀硫酸,Cu,Zn,A,【交流研讨一】让锌片与稀硫酸不直接接触ZnSO4溶液H2S,10,【,观察与思考,】,【结论1】改进后的原电池装置提高了能量转换率,。,ZnSO,4,溶液,H,2,SO,4,溶液,Zn,Cu,A,【观察与思考】【结论1】改进后的原电池装置提高了能量转换率。,11,【结论2】改进后的原电池装置化学能不会自动释放,。,稀硫,酸,Cu,Zn,A,ZnSO,4,溶液,H,2,SO,4,溶液,Zn,Cu,A,【,交流,研讨二,】,改进后的原电池装置还有什么优点?,【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应,。,改进,【结论2】改进后的原电池装置化学能不会自动释放。稀硫酸 Cu,12,实验探究,请根据反应:,Zn+CuSO,4,=ZnSO,4,+Cu,设计一个原电池装置,标出电极材料和电解质溶液,,,写出电极反应方程式,。,实验探究请根据反应:,13,电流表指针发生偏转,,,但随着时间的延续,电流表指针偏转的角度越来越小,最终可能没有电流通过。,CuSO,4,溶液,即无法产生持续稳定的电流且两个电极上都有红色物质析出,。,负,正,负极,Zn,2e,-,=Zn,2+,正极,Cu,2+,+2e,-,=Cu,电流表指针发生偏转,但随着时间的延续,电流表指针偏,14,按下图所示,将置有锌片的,ZnSO,4,溶液和置有铜片的,CuSO,4,溶液分别通过导线与电流计连接,有什么现象,?,电流计指针不偏转,且铜片和锌片上均无明显现象(即,:,无电子定向移动),探究实验:改进方案,ZnSO,4,Zn Cu,CuSO,4,A,上述装置构成了原电池吗?为什么,?,(,溶液不保持电中性),思考思考,按下图所示,将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的C,15,盐桥,A,Zn Cu,ZnSO,4,溶液,CuSO,4,溶液,设计如下图(书,P71,图,4-1,)所示的原电池装置,结果如何呢?你能解释它的工作原理吗?,盐桥:,在,U,型管中装满用饱和,KCl,溶液和琼脂作成的冻胶。,盐桥AZn C,16,盐桥的作用:,(1)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。,得出结论,(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。取出盐桥,,Zn,失去电子形成的,Zn,2+,进入,ZnSO,4,溶液,,,ZnSO,4,溶液因,Zn,2+,增多而带正电荷。同时,,CuSO,4,则由于,Cu,2+,变为,Cu,,,使得,SO,4,2-,相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性,这,两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断。,盐桥的作用:得出结论(2)平衡电荷。,17,由于盐桥(如,KCl,)的存在,其中阴离子,Cl,-,向,ZnSO,4,溶液扩散和迁移,阳离子,K,+,则向,CuSO,4,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,CuSO,4,溶液中的,Cu,2+,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,NH,4,NO,3,代替,KCl,作盐桥。,由于盐桥(如KCl)的存在,其中阴离子Cl-,18,(,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。,用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起,。,(2)探究原电池组成的条件,(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,19,设计盐桥原电池的思路:,还原剂和氧化产物为,负极,的半电池,氧化剂和还原产物为,正极,的半电池,Zn+2Ag,+,=Zn,2+,+2Ag,根,据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液,外电路用导线连通,可以接用电器,内电路是将电极浸入电解质溶液中,并通过盐桥沟通内电路,设计盐桥原电池的思路:还原剂和氧化产物为负极的半电池Zn+2,20,能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件?,1.,要有导电性不同的两个电极,2.,两个半反应在不同的区域进行,3.,用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起,小结,能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件?,21,二、原电池正负极判断,1.由组成原电池的电极材料判断一般 负极,的金属正极,的金属或,导体,以及某些金属氧化物,可以理解成:与电解质溶液反应,练习:,Mg-Al-H,2,SO,4,中,,,是正极,,是负极,。,Mg,Al,活泼性强,活泼性弱,非金属,负极,二、原电池正负极判断1.由组成原电池的电极材料判断一般 负,22,3.,根据电极反应类型判断,负极,电子,发生,反应,正极,电子,发生,反应,2.,根据电子(电流)流动的方向判断,电子由,流出,流入,;,电流由,流出,流入,。,负极,正极,正极,负极,失,得,氧化,还原,3.根据电极反应类型判断2.根据电子(电流)流动的方向判断负,23,4.,根据电解质溶液离子移动的方向判断,阴离子向,极移动(负极带正电荷),阳离子向,极移动(正极带负电荷,),负,正,5.,根据电极现象来判断,负极,;,正极,;,牺牲、溶解,增重、气泡,6.,燃料电池中,燃料在,反应,氧化剂在,反应,负极,正极,4.根据电解质溶液离子移动的方向判断负正5.根据电极现象来判,24,1.,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.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,25,(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:,当两种金属构成原电池时,总是,活泼的金属作负极而被腐蚀,,所以先被腐蚀的金属活泼性较强。,(1)比较金属活动性强弱。例1:下列叙述中,可以说明金,26,(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,),当形成原电池之后,反应速率加快,如实验室制,H,2,时,纯,Zn,反应不如粗,Zn,跟酸作用的速率快。,(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,27,(3),比较金属腐蚀的快慢,在某些特殊的场所,金属的电化腐蚀是不可避免的,如轮船在海中航行时,为了保护轮船不被腐蚀,可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如,Zn,。这样构成的原电池,Zn,为负极而,Fe,为正极,从而防止铁的腐蚀。,(3)比较金属腐蚀的快慢 在某些特殊的场所,金属的电,28,例3:,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),例3: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,29,(4),判断溶液,pH,值变化,例,4,:,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:,0.015,解:,根据电极反应:,负极:,Zn2e,-,Zn,2+,正极:,2H,+,+2e,-,H,2,得:,2 2 22.4,x,y,0.168,0.20.1252,c,(H,+,),余,2H,+,2eH,2,大,0.015,(4)判断溶液pH值变化例4:在Cu-Zn原电池中,,30,(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,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,,氯化钠溶于水形成电解质溶液,使用“热敷袋”时受热均匀,加速铁屑的氧化,(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,31,以以下反应为基础设计原电池,(,H,+,),正极:,Pt或石墨,MnO,4,-,+8H,+,+5e,-,=Mn,2+,+4H,2,O,负极:,Pt或石墨,5Fe,2+,5e-=5Fe,3+,5Fe,2+,+MnO,4,-,+8H,+,=5Fe,3+,+Mn,2+,+4H,2,O,(,6,),利用原电池原理设计新型化学电池,以以下反应为基础设计原电池(H+)正极:Pt或石墨 Mn,32,第三课时完,电极反应式的书写方法,(1),一般电极反应式的书写,(2),复杂反应式的书写,第三课时完电极反应式的书写方法(2)复杂反应式的书写,33,
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