高二化学原电池原理及其应用.ppt

第四节原电池原理及其应用,教学目标:1.掌握原电池的原理及形成条件,简单电极反应的书写.2.了解原电池原理的基本应用以及新型化学电池的原理.3.掌握金属腐蚀电化学腐蚀的实质.,自然界中的能量转化与守衡,1.风能,太阳能,水的势能转化为电能.2.6CO2+6H2OC6H12O6+O2,植物利用叶绿素通过光合作用将太阳能转化为化学能.3.C+O2=CO2,通过燃烧将化学能转化为光能和热能.,疑问:化学能能否转化为电能?哪些化学反应的化学能可以转化为电能?,回忆:根据金属的活动顺序,将Fe,Cu棒分别插入稀硫酸中,可以观察到什么现象?反应原理?,追问并演示:若将Fe,Cu棒相连后再插入稀硫酸,现象还相同吗?尤其注意Cu棒表面的现象?,Fe+H2SO4=FeSO4+H2,氧化还原反应,Fe失电子,H+得到电子.,问题1:铜棒表面的气泡是什么物质?它是溶液的什么离子形成的?2.该离子形成气体过程中,是需要得到电子还是失去电子?发生什么反应?3.铜棒和铁棒谁发生反应了?铜棒的表面的电子是哪儿来的呢?,疑问:已知电子在导体中定向移动,可以形成电流.那么利用怎样的方法可以证明上述实验中有电子移动或电流产生?,演示:铜片和锌片用导线相连并连入电流表,然后插入稀硫酸溶液中,观察铜棒表面以及电流表现象.,现象:Cu表面产生气泡,电流表指针发生偏转.说明该装置中有电流产生.,上述过程:Zn:Zn-2e-=Zn2+,氧化反应.Cu:2H+2e-=H2,还原反应.,小结:上述这种利用氧化还原反应原理,把化学能转化为电能的装置,称为原电池.,介绍结构:Zn和Cu称为电极.其中Zn是电子流出的一极称为负极;Cu是电子流进的一极称为正极.稀硫酸称为电解质溶液.,趣味实验:水果电池.,思考下列各装置能否形成原电池反应？能形成原电池反应的，指出电极名称，写出电极方程式，指出电子流动方向；不能形成原电池反应的说明原因。,小结:构成原电池的条件:1.两个活性不同的电极(活泼的电极做负极)2.电解质溶液3.形成闭合回路4.发生氧化还原反应.,问题,巩固练习,1.利用下列物质组成原电池,并判断电极,写出相应的反应式.,(1)Fe-C,稀硫酸溶液(2)FeCu,FeCl3溶液(3)AlCu,浓HNO3,第二课时了解原电池原理的基本应用以及新型化学电池的原理.,复习巩固:1.形成原电池的条件是什么?原电池的电极名称怎么确定?两极分别发生什么反应?2.利用下列物质组合或设计原电池,判断正负电极以及两极上的现象,写出电极反应式及反应类型.1.AlFe,盐酸;2.ZnPt,CuSO4溶液.3.3Cu+8稀HNO3-3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,4.2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+,问题:在CuZn,硫酸原电池中反应的实质还是Zn与硫酸发生反应产生H2,但是H+是到正极Cu片上得到电子的,这样的反应与Zn直接跟硫酸反应产生气体快慢是否有所不同呢?,演示:1.纯锌投入稀硫酸中,观察现象.2.纯锌投入稀硫酸中,再滴入几滴CuSO4溶液,观察产生气泡的快慢.,问题:如何解释实验2反应产生的气体速率加快?,问题2:已知原电池中负极的活泼性一般强于正极,试完成下列金属的比较.把a,bc,d四块金属与电解质形成原电池时,如将a,d相连插入FeCl3中,发现a变细;将b,c相连插入CuSO4中,发现b上有红色物质析出;将a,b相连后插入CH3COOH溶液中,发现a上有气泡产生.则上述金属的活泼性由强到弱的顺序是.,cbad,练习1:在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4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值为？（溶液体积变化忽略不计）,0.2,解得：,y0.015(mol),x0.015(mol),3.75104(mol/L),pH-lg3.75104,4-lg3.75,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,得：,2222.4,xy0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+2eH2,小结:原电池的基本应用(1)形成原电池可以加快某些化学反应的速率.(2)根据原电池的正负极,可以比较金属活泼性.(3)判断溶液的酸碱性.(4)制备各种化学电池.(5)金属防护电化学腐蚀.,制作各种化学电池:(1)干电池.演示:ZnC,NH4Cl溶液组成的原电池.判断正负极以及电极反应式.,干电池原理,正极:2NH4+2e-=2NH3+H2,还原反应.负极:Zn-2e-=Zn2+,氧化反应.其中产生的NH3,H2都被吸收:4NH3+ZnCl2=Zn(NH3)4Cl2,H2+2MnO2=Mn2O3+H2O,现在更常用的是体积小,性能更好的碱性锌锰电池,其容量和放电时间都要比普通锌锰电池增加几倍呢.,(2)铅蓄电池:-汽车上常用.,1,2,正极：PbO2(2)铅畜电池负极：Pb电解质溶液：稀H2SO4,练习铅蓄电池在放电时的电极反应式和总的反应式。,负极(Pb):Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极(PbO2):PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O总反应式:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,(3)锂电池：质量轻，电压高，工作效率高，贮存寿命长。,锂电池：锂电池以锂作负极，非水有机溶剂如环脂、直链脂及酰胺等和无机溶剂作溶剂，以锂盐LiClO4、LiAlCl4、LiAsF4等为电解质。由于锂密度低，电极电位负值高、延展性好，使得锂电池有比容量大、电压高、电阻低的优点，同时电池材料中无一种可能对环境造成污染。被广泛地应用于心脏起搏器、电子表、计算器。,如:Li+MnO2=LiMnO2,(4)新型燃烧电池（阅读P.105并思考：在新型燃烧电池工作时，有没有发生燃烧现象？）,练习已知氢氧燃烧电池工作时，分别向两个惰性电极上通入氢气和氧气，并以NaOH溶液为电解液，试写出电极反应式和总的反应式。,1,2,大有发展前景的燃料电池可用两个多孔石墨电极（分别含有不同的催化剂）插入作为电解质的30%的KOH水溶液中，氧气和氢气分别不断通入正极和负极并不断被消耗。两极发生的电化学反应负极:H2+2OH-2e=2H2O,正极:(1/2)O2+H2O+2e=2OH-总反应为:H2+(1/2)O2=H2O经采用适当措施以适应在失重情况下运转的这种类型的燃料电池曾在1967年首次被用作阿波罗宇宙飞船的电源。,练习甲烷燃烧电池的电极反应式和总的反应式,负极:CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,思考为什么废旧电池必须回收，不能乱扔？,练习1铝-海水电池利用空气作氧化剂，海水为电解液，常作于航海标志灯。试写出该电池的电极反应式和总的反应方程式。,练习2:判断下列电池的正负电极以及电解质溶液的酸碱性.,1.镍镉电池:NiO2+Cd+2H2O=Cd(OH)2+Ni(OH)2;2.银锌电池:Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2纽扣电池.3.氢镍电池:1/2H2+NiO(OH)=Ni(OH)2,第三课时金属的腐蚀与防护,一.金属的腐蚀:金属制品如钢铁制品出现红色锈斑,铝制品会出现白色斑点,铜器表面出现铜绿等,类似的金属或合金与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,称为金属腐蚀.,问题:那金属腐蚀的本质是什么呢?,M-ne-=Mn+,金属原子失去电子变成阳离子的过程.即金属在腐蚀过程中发生氧化还原反应.,金属腐蚀的类型:1.化学腐蚀:金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀.如铁跟氯气直接反应而腐蚀;钢管被原油中的含硫化合物腐蚀等.2.电化学腐蚀:不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀.例如钢铁在潮湿空气中所发生的腐蚀就是电化学腐蚀.,疑问:金属在潮湿的空气中,最常见的是电化学腐蚀,其发生的本质原因是什么呢?,钢铁的析氢腐蚀示意图,钢铁的吸氧腐蚀示意图,原因:钢铁本身是铁和碳的合金,当钢铁表面形成电解质时,Fe-C与电解质溶液组合成无数微小原电池.,酸性溶液中,弱酸性或中性溶液中,钢铁的电化学腐蚀,钢铁析氢腐蚀时:-酸性负极:Fe-2e-=Fe2+;正极C:2H+2e-=H2吸氧腐蚀:-中性或弱酸性.负极:Fe-2e-=Fe2+;正极C:O2+2H2O+4e-=4OH-,小结:电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因,而其中更普遍的是吸氧腐蚀.,疑问:既然我们了解了金属腐蚀的本质,尤其是电化学腐蚀中吸氧腐蚀,那我们应该采取怎样的措施来保护金属,使其避免腐蚀呢?,二.金属的防护:1.改变金属内部结构,如加入Ni形成不锈钢.,2.金属表面覆盖保护层.如喷漆,涂油,电镀,喷镀表面钝化等使金属与电解质隔离.,常见的如在铁表面镀锡形成马口铁,镀锌形成白铁皮或涂铝粉漆就是为了防护金属的腐蚀.,问题:若白铁皮和马口铁表层都有部分被破坏,则它们的防腐蚀能力还存在吗?,3.以牙还牙利用电化学原理进行防护牺牲阴极的阳极保护法.,原理:形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。例如上述已被损坏的白铁皮.,牺牲阴极的阳极保护法原理及应用,练习,1。,如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,（1）,若液面上升，则溶液呈性，发生腐蚀,电极反应式为：负极：,正极：；,若液面下降，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：正极：。,（2）,中性或碱性,吸氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,2.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),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),4、,分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）、铁棒上的电极反应式为：（2）、碳棒上的电极反应式为：（3）、溶液中发生反应的化学方程式：,5、,镍镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,放电,充电,A.Cd,（D）,B.NiO(OH),D.Ni(OH)2,C.Cd(OH)2,2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,O2+2H2O+4e-4OH-,2Fe4e-2Fe2+,湖北代怀孕,