原电池原理及应用

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,*,原电池工作原理,第一课时,问题1,:下列装置中灵敏电流计上是否有电流通过?下列装置是否为原电池?,（1）构成原电池条件,电解质溶液,活泼性不同的两电极,形成闭合回路,自发发生氧化还原反应,一、原电池,问题2,：有电流说明有电能产生,电能是怎样转化来的?,如图所示是,装置：,Zn电极,作_极,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。,总反应：,正,负,Zn,-2e,-,=,Zn,2+,2H,+,+2e,-,=H,2,Zn,+H,2,SO,4,=,Zn,SO,4,+H,2,原电池,氧化,还原,1、原电池的反应原理,自发进行的氧化还原,反应,把,化学能,转化为,电能,的装置,（2）原电池定义,（3）原电池本质,（4）原电池工作原理,较活泼的金属,（“失去或者得到”）电子发,生,反应（“氧化”或“还原”），电子从较,金,属（,极）通过外电路流向较,金属,（,极）。,失去,氧化,活泼,负,不活泼,正,活动与探究一：向一支小烧杯中加入,1.0mol/L,CuSO,4,溶液约,30ml,，再加入适量锌粉，用温度计,测量溶液的温度，观察温度计的变化。,现象：,。,结论：,温度升高,由于反应放热，所以是自发的氧化还原反应,活动与探究二：能否根据,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+Cu也来,设计一个铜、锌原电池？指出所选用的电解质,溶,液，写出该原电池的两电极反应式、总反应式。,画出原电池的构造图。,负极材料_负极反应_,正极材料_正极反应_,选用的电解质溶液_,原电池的构造图：,CuSO,4,Zn,Cu或C,Zn,-2e,-,=,Zn,2+,Cu,2+,+2e,-,=,Cu,CuSO,4,溶液,思考：设计出的原电池有什么,缺点？如何改进？,寿命短，不稳定,二、双液原电池的设计,（1）组成,半电池,电解质溶液和电极,导线,、,盐桥,（2）工作原理,在,ZnSO,4,溶液中，锌片逐渐,，即,Zn,被,，锌原子,电子，形成,进入溶液，从锌片上释放的电子，经过,导线流向,；溶液中的,从铜片上得电子，还原成,为,并沉积在铜片上。总反应为,。,反应是自发进行的，锌为,，铜为,。,溶解,氧化,失去,Zn,2+,Cu片,Cu,2+,Cu,Zn,+CuSO,4,=,Zn,SO,4,+Cu,负极,正极,负极,相对,活泼-,失电子-电子,流出-,发生,氧化,反应,正极,相对不,活泼-,得电子-电子,流入-,发生,还原,反应,（3）电极,（4）环路的构成,外电路：电子从,负极,到,正极,内电路：电子从,负极,到,正极,阳离子 正极，阴离子 负极,（5）盐桥,在U型管中装满用饱和,KCl,溶液和琼脂做成的冻胶。,盐桥的作用：,（1）形成闭合回路。（2）平衡电荷。,将离子反应,2Fe,3+,+Cu=2Fe,2+,+Cu,2+,设计成原电池,利用反应,Cu+2FeCl,3,=2FeCl,2,+CuCl,2,，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。,(+),(-),G,Cu,Pt,FeCl,3,溶液,负极（Cu）：Cu-2e,-,=Cu,2+,（氧化反应）,正极（Pt或C）：2Fe,3+,+2e,-,=2Fe,2+,（还原反应）,(+),(-),盐桥,Cu,C,CuCl,2,溶液,FeCl,3,溶液,G,强调：原电池的,设计,原电池工作原理,第二课时,方法一：根据电极材料的性质确定。,相对活泼的是负极，相对不活泼的是正极；,方法二：根据电极反应的本质确定。,失电子的反应氧化反应负极；,得电子的反应还原反应正极。,方法三：根据电子或电流方向确定。,电子流出的为负极，电子流入的为正极,电流流出的为正极，电流流入的为负极,方法四：根据电极的现象确定。,有气泡产生或增重的为正极，减轻的为负极,强调：电极的判断,三、原电池电极的判断,1、判断下列装置能否构成原电池。,2、构成原电池条件,电解质溶液,活泼性不同的两电极,形成闭合回路,自发发生氧化还原反应,3、盐桥的作用是什么？,（1）形成闭合回路。（2）平衡电荷。,例,2,、原电池的电极名称不仅与电极材料的性,质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不,正确的是,A由,Al,、,Cu,、稀,H,2,SO,4,组成原电池，其负极,反应式为：,Al,3e,Al,3+,B由,Mg,、,Al,、,NaOH,溶液组成原电池，其,负极反应式为：,Al,3e,4OH,AlO,2,2H,2,O,C由,Fe,、,Cu,、,FeCl,3,溶液组成原电池，其,负极反应式为：,Cu,2e,Cu,2+,D由,Al,、,Cu,、浓硝酸组成原电池，其负极,反应式为：,Cu,2e,Cu,2+,C,四、原电池电极反应式和电池反应式的书写,例,1,、书写如下电池反应的电极方程式,负极：,正极：,电池反应式：,Mg,-2e,-,=,Mg,2+,2H,+,+2e,-,=,H,2,Mg,+2H,+,=,Mg,2+,+H,2,负极：,正极：,电池反应式：,2Al+8OH,-,-6e,-,=2,AlO,2,-,+4H,2,O,6H,2,O+6,e,-,=,3H,2,+6OH-,2Al+2OH,-,+2H,2,O=2,AlO,2,-,+3H,2,负极：,正极：,电池反应式：,Fe,-2e,-,=,Fe,2+,2H,+,+2e,-,=,H,2,Fe,+2H,+,=,Fe,2+,+H,2,负极：,正极：,电池反应式：,2Fe,-4e,-,=2,Fe,2+,O,2,+2H,2,O,+4e,-,=4OH,-,2Fe+O,2,+2H,2,O,=2Fe(OH),2,浓HNO,3,负极：,正极：,电池反应式：,Cu,-2e,-,=,Cu,2+,2NO,3,-,+4H,+,+2e,-,=,2NO,2,+2H,2,O,Cu+2NO,3,-,+4H,+,=Cu,2+,+,2NO,2,+2H,2,O,小结,3）,要注意电极反应,产物是否与电解质溶液,发生反应。,原电池电极反应式的书写注意事项,：,1）,找出两极,放电的物质,，,负氧正还,。,2）,要注意,溶液的酸碱性,，适当的在电极方程式,两边添加H,+,、OH,、H,2,O，以遵循,电荷守恒和,质量守恒,。,五、原电池应用,1、比较金属活动性强弱,通常负极材料活性大于正极材料,例,2,、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,H,2,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,C,例1、,X、,Y,、,Z,都是金属，把,X,浸入,Z,的硝酸盐溶,液中，,X,的表面有,Z,析出，,X,和,Y,组成原电池时，,Y,为电池的负极。,X,、,Y,、,Z,三种金属的活动性,顺序为,A,X,Y,Z,B,X,Z,Y,C,Y,X,Z,D,Y,Z,X,C,2、比较反应速率,形成原电池后，如做负极则速率加快；如做正极,则减慢速率,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,18 mol/L,硫酸；,C粗锌和,1mol/L,盐酸；,D粗锌和,1mol/L,硫酸的反应中加入几滴,CuSO,4,溶液,D,五、原电池应用,原电池工作原理,第三课时,常见原电池的负极一般是：,相对,的金属，发生,变化、,流出、电极,；,正极一般是：相对,的金属，,发生,变化、,流出、电极,。,活泼,氧化反应,电子,减轻或变细,不活泼,还原反应,电流,有气泡或变粗,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(酸性）,一、常见的化学电源,1、分类：根据原电池原理，人们设计、生产的电,池可分为,、,和,。,一次电池,二次电池,燃料电池,2、一次电池：发生,的物质大部分消耗后，,氧化还原反应,不能再使用,负极-Zn,正极MnO,2,电池反应：,电解质：,KOH,Zn+2OH,-,-2e-,=Zn(OH),2,2MnO,2,+2H,2,O+2e,-,=2MnOOH+2OH,-,Zn+2MnO,2,+2H,2,O=2MnOOH+Zn(OH),2,思考,该电池的正负极材料和电解质？,碱性锌锰电池的优点,：,电流稳定，放电容量、时间比干电池增大几倍，不会气涨或漏液。,2),碱性锌-锰干电池,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Zn(OH),2,3）银-锌电池,负极：,Zn+2OH,-,-2e,-,=Zn(OH),2,正极：,Ag,2,O+H,2,O,+2e,-,=2Ag+2OH,-,总反应：,Ag,2,O+Zn+H,2,O=Zn(OH),2,+2Ag,4）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：,3、二次电池：,可重复使用的电池如,铅,蓄电池（电瓶）,等。,当电池充电时，就是通以,，,铅板（原电池的,极）与电源,极,相连；二氧化铅板（原电池的,极）,与电源,极相连。在充电过程中，,上述电极反应都,进行。,直流电,负,负,正,正,同时,电极,:,Pt,制作的惰性电极,电解质溶液,:KOH,溶液,负极,:,2H,2,-4e,-,+4OH,-,4H,2,O,正极:,O,2,+2H,2,O+,4e,-,4OH,-,总反应,：,2H,2,+O,2,2H,2,O,拓展创新,氢氧燃料电池,若为酸性介质，试写出电极反应式？,思考:,负极：2H,2,-4e,-,4H,+,正极:O,2,+4H,+,+4e,-,2H,2,O,5）,新型燃料电池,(,氢氧燃料,电池,/甲烷,电池,/,（,1,）定义：利用,和,之间的氧化还,原反应，将化学能转化为电能。,燃料,氧化剂,例：,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。请写出图中甲烷燃料电池中a极的电极反应式,：,，,此时电池内总的反应式,。,KOH溶液,CH4,O,2,H,2,O,a b,CH,4,+10OH,-,-8e,-,=CO,3,2-,+7H,2,O,CH,4,+2O,2,+2OH,-,=CO,3,2-,+3H,2,O,燃料电池优点：,能量转化效率高，排放的废弃物少和运行时噪音小等,6）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),3,7）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。,原电池工作原理,第四课时,1、,2、,金属阳离子,失e,-,氧化反应,金属腐蚀的类型,化学腐蚀,电化腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,（常见普遍）,金属腐蚀及防护,金属原子,金属腐蚀的本质：,3、,金属腐蚀：,是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。,钢铁表面,形成的微小,原电池,示意图,钢铁的腐蚀,钢铁的,析氢腐蚀,示意,图,钢铁的,吸氧腐蚀,示意,图,Fe,2,O,3,n,H,2,O,（,铁锈,）,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,水膜呈