(理科上課用)《原電池的工作原理》.ppt

原電池的工作原理,第一課時,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,生活中我們常使用各種各樣的電池,用于“神七”的太陽能電池,筆記本電腦專用電池,手機(jī)專用電池,練習(xí)：請根據(jù)在化學(xué)必修2中所學(xué)原電池 有關(guān)知識，填空： 右圖是一個 池，其中Zn 為 極，Cu為 極，電極反應(yīng) 分別是 Zn: , Cu: ； 總反應(yīng)方為 。 該裝置將 能轉(zhuǎn)化為 能。 請?jiān)谟覉D上標(biāo)出正負(fù)極名稱和電子的流動方向。,溫故知新,原電,負(fù),正,Zn - 2e- = Zn2+,2H+ + 2e- = H2,Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2,化學(xué),電,e-,正極,負(fù)極,原電池的工作原理,溫故知新,1、原電池：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。,2、構(gòu)成原電池的條件,（1）有二種活潑性不同的金屬（或金屬與非金屬） 做電極； （2）兩電極在電解質(zhì)溶液中； （3）形成閉合回路; （4）有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。,（兩極一液成回路、自發(fā)）,原電池的工作原理,練 習(xí),判斷下列裝置是否能形成原電池？,A,B,C,D,E,F,CDE,上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化，請根據(jù)你的經(jīng)驗(yàn)猜想Zn與CuSO4溶液的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案加以證明。,思考：,原電池的工作原理,活動與探究1,實(shí)驗(yàn)1：將鋅片加入CuSO4溶液中，測量溶液溫度的變化，分析能量變化的情況。記錄實(shí)驗(yàn)1的現(xiàn)象和結(jié)論。,現(xiàn)象：,鋅片溶解,有紅色物質(zhì)析出，溫度計(jì)顯示溫度迅速上升.,結(jié)論（反應(yīng)的實(shí)質(zhì)）：,Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),原電池的工作原理,活動與探究2,實(shí)驗(yàn)2：請用所提供的試劑與儀器，試設(shè)計(jì)將反應(yīng)釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能，自己動手畫出一 套原電池裝置。 注意：要能證明該裝置有電流的產(chǎn)生。,試劑和儀器：CuSO4溶液，鋅片，銅片，電流計(jì)， 小燈泡，導(dǎo)線，大燒杯。,原電池的工作原理,活動與探究,實(shí)驗(yàn)2：請用所提供的試劑與儀器，自己動手畫出一套原電池裝置。 注意：要能證明該裝置有電流的產(chǎn)生。,現(xiàn)象：,結(jié)論：,鋅片溶解而變細(xì)，銅上有紅色物質(zhì)析出，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,CuSO4溶液顏色變淺,原電池的工作原理,A,鋅,e-,e-,銅,SO42-,Cu2+,SO42-,Cu2+,Cu2+,Zn2+,Cu2+,Cu2+,SO42-,CuSO4溶液,Cu2+,SO42-,e-,e-,e-,e-,+,思考與討論,該電池的電子流向？電極反應(yīng)？,Zn2+,SO42-,e-,原電池的工作原理,思考：,下列裝置能否實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化？如果不行，將如何改進(jìn)使其形成原電池？,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,原電池的工作原理,思考：,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,鹽橋：在U形管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊膠作成的凍膠。離子在鹽橋中能移動。,改進(jìn)的裝置：,原電池的工作原理,交流研討：,1、在鹽橋插入之前，檢流計(jì)指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ 2、在鹽橋插入之后，檢流計(jì)指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ 3、該裝置與普通鋅銅原電池相比，有什么不同的地方？ 4、左右燒杯中各發(fā)生了什么反應(yīng)？,半電池：包括電極材料和電解質(zhì)溶液，兩個隔離的半電池通過鹽橋連接起來。,原電池的工作原理,鹽橋的作用：鹽橋中的Cl-移向ZnSO4溶液，K+移向 CuSO4溶液，使兩電解質(zhì)溶液一直保持電中性，從 而使電子不斷從Zn極流向Cu極，使電流持續(xù)傳導(dǎo)。,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,總反應(yīng)：Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu,原電池的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個電極上進(jìn)行，兩個原電池裝置本質(zhì)上是完全相同的。,優(yōu)點(diǎn)：能得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流。,鹽橋的作用：（1）使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。 （2）平衡電荷,提出問題： 視頻是我們在必修2中學(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片置于稀硫酸 的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍長 電流就很快減弱，因此不適合實(shí)際應(yīng)用。這是什么原因造 成的呢？有沒有什么改進(jìn)措施？,造成的主要原因：由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內(nèi)阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。,對鋅銅原電 池工作原理的進(jìn)一步探究,為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)如下圖（書P21圖1-3-4）所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？,原電池的工作原理,練習(xí)：,為獲得較長時間的穩(wěn)定電流，如何將由“Zn-稀H2SO4-Cu”組成的原電池（如左下圖）進(jìn)行簡單改裝？,氧化反應(yīng),Zn-2e=Zn2+,銅鋅原電池,電解質(zhì)溶液,失e，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生,還原反應(yīng),Cu2+2e- =Cu,陰離子,陽離子,總反應(yīng)：,負(fù)極,正極,Cu2+2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,(離子方程式）,（化學(xué)方程式）,電極反應(yīng),正極：,負(fù)極：,（氧化反應(yīng)）,（還原反應(yīng)）,陽離子,原 電 池 原 理,外電路,內(nèi)電路,2寫出下列原電池裝置中的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。,Fe,C,Ag,三、原電池的正負(fù)極的判斷方法,微觀判斷 （根據(jù)電子、電流、陰陽離子的移動方向）,電子流出的極 陰離子移向的極,負(fù)極,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,質(zhì)量增加的電極 工作后 質(zhì)量減少的電極,負(fù)極 正極,正極 負(fù)極,工作后，有氣泡冒出的電極為正極,發(fā)生氧化反應(yīng)的極 發(fā)生還原反應(yīng)的極,宏觀判斷： 根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生 的反應(yīng) 根據(jù)電極增重還是減重 根據(jù)電極有氣泡冒出：,負(fù)極 正極,電子流入的極 陽離子移向的極,電子流出的極 陰離子移向的極,正極,電子流入的極 陽離子移向的極,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,發(fā)生氧化反應(yīng)的極 發(fā)生還原反應(yīng)的極,宏觀判斷： 根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生 的反應(yīng),發(fā)生氧化反應(yīng)的極 發(fā)生還原反應(yīng)的極,一定嗎？,判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。,負(fù)極： Cu 失電子 Cu - 2e- = Cu2+ 正極： Fe3+得電子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+,Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2,先寫出總反應(yīng)：即 負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng),拆成離子方程式：,Cu + 2Fe3 = Cu2 + 2Fe2,根據(jù)化合價升降判斷正負(fù)極,四、電極方程式的書寫,1.簡單原電池電極方程式的寫法,電解質(zhì)溶液和電極材料的選擇,電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個半反應(yīng)分別在兩個燒杯中進(jìn)行，則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng) 與電極材料具有相同的陽離子。,請寫出右邊原電池的電極方程式。,總反應(yīng)方程式：,負(fù)極：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2Al（OH4）-,負(fù)極總反應(yīng)： 2Al +8OH- 6e 2Al（OH4）-,正極：總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng),6H2O 6e 6OH 3H2,拆成離子方程式：,2Al + 2OH + 6H2O = 2Al（OH4）- + 3H2,根據(jù)化合價升降判斷正負(fù)極,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,2、已知氧化還原反應(yīng) Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2， 利用這一反應(yīng)設(shè)計(jì)一個原電池，畫出示意圖， 標(biāo)出電極材料，電解質(zhì)溶液，寫出電極反應(yīng)式。,正極：,負(fù)極：,總反應(yīng)：,CuCu2+ +2e-,2Fe3+2e- 2Fe2+,2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+,再見,鹽橋的作用： （1）使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。,由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴(kuò)散和遷移，陽離子K+則向CuSO4溶液擴(kuò)散和遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用不間斷地進(jìn)行，一直到鋅片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。,（2）平衡電荷。 在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋，Zn失去電子形成的Zn2+進(jìn)入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時，CuSO4則由于Cu2+變?yōu)镃u，使得SO42-相對較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。,Cu,Zn,2e-,Cu2+,2e-,Cu2+,Cu Cu,Zn2+,CuSO4溶液,Zn2+,CuSO4,