2019-2020学年高中化学 第4章 第1节 原电池课件 新人教版选修4.ppt

第一节原电池 知识铺垫 新知预习 自主预测 1 在氧化还原反应中 1 氧化剂 得到电子 元素化合价降低 被还原 发生还原反应 2 还原剂 失去电子 元素化合价升高 被氧化 发生氧化反应 3 氧化剂 还原剂之间转移电子数目相等 2 原电池是将化学能转化为电能的装置 原电池内发生的反应属于氧化还原反应 知识铺垫 新知预习 自主预测 3 通过必修2课程的学习 我们知道在右图装置中 1 锌片是负极 电极反应式是Zn 2e Zn2 铜片是正极 电极反应式是2H 2e H2 2 总反应方程式是Zn 2H Zn2 H2 3 外电路中电子由锌片流向铜片 知识铺垫 新知预习 自主预测 一 原电池的工作原理1 构成条件 1 具有两个活泼性不同的电极 2 合适的电解质溶液 3 形成闭合回路 外电路用导线相连或互相接触并将两电极插入电解质溶液中 4 能自发地发生氧化还原反应 知识铺垫 新知预习 自主预测 2 装置图 以Zn Cu原电池为例 注 这种用盐桥连接的原电池也叫双液原电池 知识铺垫 新知预习 自主预测 3 工作原理 以上述原电池为例 知识铺垫 新知预习 自主预测 二 原电池的设计从理论上讲 能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池 实际设计时应注意以下几点 1 外电路负极 还原性较强的物质 正极 氧化性较强的物质 2 内电路将两电极浸入电解质溶液中 阴 阳离子作定向运动 3 闭合回路 知识铺垫 新知预习 自主预测 1 判断正误 正确的打 错误的打 1 原电池是把化学能转化为电能的一种装置 2 原电池正极发生氧化反应 负极发生还原反应 3 不能自发进行的氧化还原反应 通过原电池装置可以实现 4 碳棒不能用来作原电池的电极 5 反应Cu 2Ag 2Ag Cu2 能以原电池的形式来实现 答案 1 2 3 4 5 知识铺垫 新知预习 自主预测 2 如图所示的装置能构成原电池产生电流的是 答案B 探究一 探究二 原电池工作原理问题探究1 Cu Ag与稀硫酸能否设计成原电池 答案不能 Cu Ag与稀硫酸都不能自发地发生氧化还原反应 2 外电路中电流方向与电子的流动方向有何关系 答案电流方向与电子的流动方向相反 3 试分析用镁 铝作电极 氢氧化钠溶液作电解质溶液构成原电池时的正 负极及电子得失情况 答案镁 铝 氢氧化钠溶液构成的原电池中 发生反应 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 铝失去电子 应该作负极 H2O得到电子 镁作正极 探究一 探究二 知识归纳1 两种原电池的比较 探究一 探究二 甲装置所示原电池俗称单液原电池 锌片 铜片用导线相连后 都插入到稀硫酸中 所以 锌片上失去的电子一部分通过导线流向铜片 形成电流 还有一部分 直接传递给溶液中碰撞到锌片上的氢离子 这一部分电子不形成电流 这种原电池供电效率不高 且电流在较短时间内就会衰减 乙装置所示原电池俗称双液原电池 锌片 铜片用导线相连后 锌片插入ZnSO4溶液中 铜片插入稀硫酸中 这样就避免了锌片与稀硫酸的直接接触而发生反应造成的电能损失 锌失去的电子全部通过导线流向铜片 这种原电池供电效率高 且能提供较稳定的电流 探究一 探究二 2 盐桥的作用盐桥中通常装含有琼脂的KCl饱和溶液 当盐桥存在时 使两个半电池中的溶液连成一个通路 随着反应的进行 盐桥中的Cl 向硫酸锌溶液方向移动 K 向稀硫酸方向移动 使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性 氧化还原反应得以继续进行 从而使电子不断从锌极流向铜极 能持续 稳定地产生电流 探究一 探究二 典例剖析 典例1 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 请回答下列问题 1 电极X的材料是 电解质溶液Y是 2 银电极为电池的极 发生的电极反应式为 X电极上发生的电极反应式为 3 外电路中的电子是从极流向极 探究一 探究二 解析原电池中负极上发生氧化反应 正极上发生还原反应 盐桥起到形成闭合回路 平衡电荷的作用 由总反应方程式可知电极X的材料是Cu 发生氧化反应 电解质溶液Y是可溶性银盐溶液 常用AgNO3溶液 电极反应式如下 负极 Cu 2e Cu2 正极 2Ag 2e 2Ag 电子由负极 Cu 流出 经外电路流向正极 Ag 答案 1 CuAgNO3溶液 2 正2Ag 2e 2AgCu 2e Cu2 3 负 Cu 正 Ag 探究一 探究二 判断原电池正 负极的方法 探究一 探究二 探究一 探究二 答案C 探究一 探究二 原电池原理的应用问题探究1 若纯锌与粗锌 含Fe C等 分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2 哪种方法产生H2的速率快 答案粗锌 粗锌中的铁可以与锌构成原电池 从而加快反应速率 2 根据反应HCl NaOH NaCl H2O能设计出原电池吗 答案不能 因为这个反应不是氧化还原反应 反应过程中没有电子的转移 不符合原电池的构成条件 3 X Y Z W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池 X Y相连时 X为负极 Z W相连时 电流方向是W Z X Z相连时 Z极上产生大量气泡 W Y相连时 W极发生氧化反应 根据所学内容判断四种金属的活动性顺序 答案四种金属的活动性顺序由强到弱是X Z W Y 探究一 探究二 知识归纳原电池原理的应用 1 加快氧化还原反应速率如实验室用Zn和稀硫酸反应制H2 常用粗锌 它产生H2的速率快 原因是粗锌中的杂质和锌 稀硫酸形成原电池 加快了锌的反应 使产生H2的速率加快 2 比较金属的活泼性强弱原电池中 负极一般为活泼性较强的金属 正极一般为活泼性较弱的金属 3 设计原电池原电池的设计一定要满足构成原电池的几个条件 设计思路 以自发发生的氧化还原反应为基础 把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应 从而确定电极反应 以两极反应为依据 确定电极材料及电解质溶液 最后画出装置图 4 寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源 探究一 探究二 典例剖析 典例2 某原电池总反应的离子方程式为2Fe3 Fe 3Fe2 能实现该反应的原电池是 A 正极为Cu 负极为C 电解质为FeCl3溶液B 正极为C 负极为Fe 电解质为Fe NO3 3溶液C 正极为Fe 负极为Zn 电解质为Fe2 SO4 3溶液D 正极为Ag 负极为Fe 电解质为CuSO4溶液解析将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应 电极反应式 即为负极Fe 2e Fe2 正极2Fe3 2e 2Fe2 然后根据原电池的构成条件确定正 负极材料和电解质溶液 因此 本题负极必是Fe 正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体 电解质溶液为含Fe3 的盐溶液 所以B项正确 答案B 探究一 探究二 1 设计原电池原理 原电池是一种将化学能转化为电能的装置 因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池 在电池中 通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动 将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行 使其成为两个 半反应 2 设计原电池思路 电极材料的选择 负极一般是活动性强的金属材料 正极一般选用活动性比负极弱的金属材料或石墨等惰性电极 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应 保证设计出的原电池装置中 还原剂在负极上发生反应 氧化剂在正极上发生反应 探究一 探究二 变式训练2利用反应Zn 2FeCl3 ZnCl2 2FeCl2设计一个双液原电池 在下图方格内画出实验装置图 并注明电极材料 写出电极反应式 正极材料为 电极反应式为 负极材料为 电极反应式为 解析将Zn 2FeCl3 ZnCl2 2FeCl2拆分为两个 半反应 Zn 2e Zn2 氧化反应 2Fe3 2e 2Fe2 还原反应 结合原电池的电极反应特点分析可知 该电池的负极材料应用锌片 正极材料用活动性比锌弱的金属或导电的非金属 为保证Fe3 在正极得电子 电解质溶液为FeCl3等易溶的铁盐溶液 探究一 探究二 答案Pt或石墨2Fe3 2e 2Fe2 ZnZn 2e Zn2 1 2 3 4 5 6 1 下列关于原电池的叙述中正确的是 A 原电池能将化学能转变为电能B 原电池负极发生的电极反应是还原反应C 原电池在工作时其正极不断产生电子 并经外电路流向负极D 原电池的电极只能由两种不同的金属构成解析原电池就是能将化学能转变为电能的装置 A正确 原电池负极失电子 发生的电极反应是氧化反应 B错误 原电池在工作时其负极不断产生电子 并经外电路流向正极 C错误 原电池的电极一般由活动性不同的电极材料构成 实际上金属与金属或金属与非金属导体均可 D错误 答案A 1 2 3 4 5 6 2 下列关于实验现象的描述不正确的是 A 把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中 铜片表面出现气泡B 把镁条和铝条紧靠在一起浸入氢氧化钠溶液中 镁条表面出现气泡C 把铜片插入三氯化铁溶液中 在铜片表面出现一层铁D 把锌粒放入盛有稀盐酸的试管中 加入几滴氯化铜溶液 气泡放出速率加快解析选项A形成原电池 铜片作正极 表面出现氢气泡 选项B也形成原电池 但在强碱性溶液中 铝可以反应 镁不能 铝失去电子作负极 镁作正极 表面出现氢气泡 C选项铜片把三价铁离子还原为亚铁离子 不能置换出金属铁 D选项锌能置换出铜 锌铜形成无数微小原电池 加快气泡放出速率 答案C 1 2 3 4 5 6 3 某电池的总反应为Fe 2Fe3 3Fe2 能实现该反应的原电池是 解析能实现反应Fe 2Fe3 3Fe2 的原电池应符合以下条件 负极为Fe 正极材料的活泼性比Fe差 电解质溶液为含Fe3 的溶液 B D两项电解质溶液选错 C项负极材料选错 答案A 1 2 3 4 5 6 4 用铜片 银片 Cu NO3 2溶液 AgNO3溶液 导线和盐桥 装有琼脂 KCl饱和溶液的U形管 构成一个原电池 如图 以下有关该原电池的叙述正确的是 在外电路中 电子由铜电极流向银电极 正极反应为Ag e Ag 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作 将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A B C D 1 2 3 4 5 6 解析Cu的金属性强于Ag的 则Cu作负极 Ag作正极 在外电路中 电子由Cu流向Ag 正极反应式为Ag e Ag 负极反应式为Cu 2e Cu2 若取出盐桥 破坏了闭合回路 原电池不能工作 该原电池反应方程式为2AgNO3 Cu Cu NO3 2 2Ag 若将AgNO3溶液与Cu接触 发生反应的化学方程式也为2AgNO3 Cu Cu NO3 2 2Ag 答案B 1 2 3 4 5 6 5 由锌片 铜片和200mL稀硫酸组成的原电池如右图所示 1 原电池的负极反应式为 正极反应式为 2 电流的方向是 3 一段时间后 当在铜片上放出1 68L 标准状况 气体时 右侧烧杯中的H2SO4恰好消耗一半 则产生这些气体的同时 共消耗g锌 有个电子通过了导线 原稀硫酸中c H2SO4 设溶液体积不变 1 2 3 4 5 6 解析产生0 075molH2 通过0 075mol 2 0 15mol电子 消耗0 075molZn和0 075molH2SO4 所以m Zn 0 075mol 65g mol 1 4 875g N e 0 15mol 6 02 1023mol 1 9 03 1022 c H2SO4 1 5mol L 1 答案 1 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 2 由Cu极流向Zn极 3 4 8759 03 10221 5mol L 1 1 2 3 4 5 6 6 选择适宜的材料和试剂设计一个原电池 以便完成下列反应 2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2 画出原电池的示意图并写出电极反应 解析构成原电池的基本条件 也是进行原电池设计的基本依据 1 根据电池反应写出电极反应式 2 找出两电极材料 3 找出电解质溶液 4 形成闭合回路 答案原电池设计如下图负极 Cu 2e Cu2 正极 2Fe3 2e 2Fe2 总反应 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2