人教版化學(xué)選修四 原電池課件

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1、新課標(biāo)人教版選修四化學(xué)反應(yīng)原理第 四 章 電 化 學(xué) 基 礎(chǔ) 1原 電 池 2化 學(xué) 電 源 4金 屬 的 電 化 學(xué) 腐 蝕 與 防 護(hù)電 化 學(xué) 基 礎(chǔ) 3電 解 池氧 化 還原 反 應(yīng)化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 化為 電 能 ， 自發(fā) 進(jìn) 行 電 能 轉(zhuǎn) 化 為化 學(xué) 能 ， 外界 能 量 推 動(dòng)知 識(shí) 結(jié) 構(gòu) 第 一 節(jié) 原 電 池 把 化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 變 為 電 能 的 裝 置 叫 原 電 池要 解 決 的 問(wèn) 題 ：1. 什 么 是 原 電 池 ？2. 原 電 池 的 工 作 原 理 ？（ 電 子 的 流 向 、 電 流 的 流 向 、 離 子 的 流 向 、 形成 條 件 、 電 極 的 判

2、 斷 、 電 極 反 應(yīng) 的 寫(xiě) 法 ） 原 電 池 及 其 工 作 原 理 ：1.定 義 ： .電 極 名 稱(chēng) ：原 電 池 相 對(duì) 活 潑 的 電 極 為 負(fù) 極相 對(duì) 不 活 潑 的 電 極 為 正 極3.電 極 反 應(yīng) ：原 電 池 負(fù) 極 ：正 極 ： 失 電 子 的 氧 化 反 應(yīng)得 電 子 的 還 原 反 應(yīng)從 理 論 上 說(shuō) ， 任 何 一 個(gè) 自 發(fā) 的 氧 化還 原 反 應(yīng) 均 可 設(shè) 計(jì) 成 原 電 池 ?；?學(xué) 能 轉(zhuǎn) 化 為 電 能 的 裝 置 為 原 電 池 。 活 動(dòng) 探 究 1實(shí) 驗(yàn) 組 別 組 組 組 組蜂 鳴 器區(qū) 別結(jié) 論 響 響兩 極 材 料 不 同活

3、潑 性 不 同的 兩 個(gè) 電 極 響 不 響負(fù) 極 ： 較 活 潑 的 金 屬正 極 ： 較 不 活 潑 的 金 屬 、 石 墨 等4 原 電 池 形 成 的 條 件 ： MgCu 橙 汁H2 溶 液 導(dǎo) 電 性 不 同電 極 材 料 均 需 插 入 電 解 質(zhì) 溶 液 中活 動(dòng) 探 究 2蜂 鳴 器 組 組 組響區(qū) 別結(jié) 論 響不 響 蜂 鳴 器 組 組響區(qū) 別結(jié) 論 不 響電 解 質(zhì) 溶 液 是 否 連 通兩 極 相 連 與 電 解 質(zhì) 溶 液 必 須形 成 閉 合 回 路活 動(dòng) 探 究 3 ： 原 電 池 的 構(gòu) 成 條 件 能 自 發(fā) 地 發(fā) 生 氧 化 還 原 反 應(yīng) 兩 種 活 潑

4、 性 不 同 的 電 極 電 解 質(zhì) 溶 液 （ 做 原 電 池 的 內(nèi) 電 路 ， 可 能參 與 反 應(yīng) ） 形 成 閉 合 回 路負(fù) 極 ： 較 活 潑 的 金 屬正 極 ： 較 不 活 潑 的 金 屬 、 石 墨 等（ 正 極 一 般 不 參 與 電 極 反 應(yīng) ， 只 起 導(dǎo) 電 作 用 ） 。 5.定 向 移 動(dòng) 方 向 ： 電 子 、 離 子原 電 池“負(fù) 極 給 出 電 子 ， 并 流 向 正 極 ”必 發(fā) 生失 電 子的氧 化 反 應(yīng) 必 發(fā) 生得 電 子的還 原 反 應(yīng) 1.電 路 ： 外 電 路內(nèi) 電 路 電 子 流 向 ： 負(fù) 極 流 向 正 極電 流 方 向 ： 正 極

5、 流 向 負(fù) 極陰 離 子 流 向 負(fù) 極陽(yáng) 離 子 流 向 正 極2.電 極 ： 正 極 ： 電 子 流 入 的 一 極負(fù) 極 ： 電 子 流 出 的 一 極3.電 極 反 應(yīng) 式： 正 極 ： 2H+ 2e- H2負(fù) 極 ： Zn 2e- Zn2+4.總 反 應(yīng) 式 ： Zn+ 2H+ Zn2+ + H2 例 1. 下 列 哪 幾 個(gè) 裝 置 能 形 成 原 電 池 ？CuFeH2SO4CuZnH2SO4 CuFeNaCl溶 液CuFeNaCl溶 液CuZn酒 精 CuZnH 2SO4 H 2SO4A B C DE F M nZ nZ4OS2H NnZ Cu4OS2Cu CuSO 4 例

6、2. 在 盛 有 稀 H 2SO4的 燒 杯 中 放 入 用導(dǎo) 線(xiàn) 連 接 的 鋅 片 和 銅 片 ， 下 列 敘 述 正確 的 是 ( )(A)正 極 附 近 的 SO42 離 子 濃 度 逐 漸 增 大 (B)電 子 通 過(guò) 導(dǎo) 線(xiàn) 由 銅 片 流 向 鋅 片(C)正 極 有 O2逸 出 (D)銅 片 上 有 H 2逸 出D 1.某 金 屬 能 跟 稀 鹽 酸 作 用 發(fā) 出 氫 氣 ， 該 金 屬 與鋅 組 成 原 電 池 時(shí) ， 鋅 為 負(fù) 極 ， 此 金 屬 是 ( )A.Mg B.Fe C.Al D.Cu2.由 銅 鋅 和 稀 硫 酸 組 成 的 原 電 池 工 作 時(shí) ， 電 解

7、 質(zhì)溶 液 的 pH( )A.不 變 B先 變 大 后 變 小 C逐 漸 變 大 D.逐 漸 變 小C練 習(xí)： 1.下 列 裝 置 中 能 組 成 原 電 池 形 成 電 流 的 是 ( ) AZn CuH 2SO4 CuZn A酒 精ZnH 2SO4 A CuH2SO4 ACu CuH2SO4 負(fù) 極 正 極Zn-2e-=Zn2+ 2H+ +2e-=H2還 原 劑 (Zn)失 去 電子 ， 發(fā) 生 氧 化 反 應(yīng) 氧 化 劑 (H+)在 銅極 上 得 到 電 子 ，發(fā) 生 還 原 反 應(yīng) 還原 劑 失 去 的電 子 從 鋅 極流 出 流 入 銅 極經(jīng) 外 電 路Zn2+H+SO42- 電 流

8、 方 向小 結(jié) ？ 提 出 問(wèn) 題 ： 上 圖 是 我 們 在 必 修 2中 學(xué) 習(xí) 過(guò) 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(shí) 間 稍 長(zhǎng)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(méi) 有 什 么 改 進(jìn) 措 施 ？討 論 ：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(kāi) ， 這 樣 就 增 加 了 電 池 的 內(nèi)阻 ， 使 電

9、流 不 能 暢 通 。 這 種 作 用 稱(chēng) 為 極 化 作 用 。 對(duì) 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(shū) P 71圖 4-1） 所 示的 原 電 池 裝 置 ， 你 能 解 釋 它 的 工 作 原 理 嗎 ？ (1)在 探 究 實(shí) 驗(yàn) 的 裝 置 中 架 上 鹽 橋 連 通 ,看 有 什 么 現(xiàn) 象 ？電 流 計(jì) 指 針 回 到 零 點(diǎn) ，說(shuō) 明 無(wú) 電 流 ，未 構(gòu) 成 原 電 池 。電 流 計(jì) 指 針 偏 轉(zhuǎn) ，有 電 流 通 過(guò) 電 路 ，是 原 電 池 裝 置 ;(2)然 后 取 出 鹽 橋

10、 ， 又 將 看 到 什 么 現(xiàn) 象 ? 探 究 實(shí) 驗(yàn) 鹽 橋 ： 在 U形 管 中 裝 滿(mǎn) 用 飽 和 KCl溶 液 和 瓊 膠 作 成 的 凍 膠 。ZnSO4Zn CuCuSO4A （ ） 鹽 橋 的 作 用 是 什 么 ？可 提 供 定 向 移 動(dòng) 的 陰 陽(yáng) 離 子， 使 由 它 連 接 的 兩 溶 液 保 持電 中 性 ， 鹽 橋 保 障 了 電 子 通過(guò) 外 電 路 從 鋅 到 銅 的 不 斷 轉(zhuǎn)移 ， 使 鋅 的 溶 解 和 銅 的 析 出過(guò) 程 得 以 繼 續(xù) 進(jìn) 行 。 導(dǎo) 線(xiàn) 的 作 用 是 傳 遞 電 子 ，溝 通 外 電 路 。 而 鹽 橋 的 作 用則 是 溝 通

11、 內(nèi) 電 路 。 . 雙 液 原 電 池 的 工 作 原 理 （ 有 關(guān) 概 念 ）（ ） 鹽 橋 中 裝 有 飽 和 的 KCl溶 液 和 瓊 脂 制 成 的膠 凍 ， 膠 凍 的 作 用 是 防 止 管 中 溶 液 流 出 鹽 橋 的 作 用 ：（ 1） 形 成 閉 合 回 路 。（ 2） 平 衡 電 荷 。 (3)雙 液 原 電 池 的優(yōu) 點(diǎn) ：能 產(chǎn) 生 持 續(xù) 、 穩(wěn)定 的 電 流 。 原 電 池雙 液鋅 半 電 池 銅 半 電 池 返 回mA CuZn2+ Cu2+SO4 2- SO4 2-Zn K+ Cl-Zn2+Zn-2e-=Zn2+ Cu2+2e-=Cu氧 化反 應(yīng) 鹽橋 還

12、 原反 應(yīng)+負(fù)極 正極 把 氧 化 反 應(yīng) 和 還 原 反 應(yīng) 分 開(kāi) 在 不 同 區(qū) 域 進(jìn) 行 ， 再 以 適當(dāng) 方 式 連 接 ， 可 以 獲 得 電 流 。 1、 依 探 究 實(shí) 驗(yàn) 的 原 理 ， 按 以 下 反 應(yīng) 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 能 持續(xù) 產(chǎn) 生 電 流 的 原 電 池 裝 置 ， 畫(huà) 出 裝 置 圖 。 Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag課 堂 練 習(xí) AgNO 3Ag CuCu(NO3)2A 說(shuō) 明 ： 鹽 橋 為 含 有 瓊 膠的 KNO3飽 和 溶 液 24 3.判 斷 下 列 哪 些 裝 置 構(gòu) 成 了 原 電 池 ？ 若 不 是 ， 說(shuō) 明 理由 ； 若 是

13、 ， 指 出 正 負(fù) 極 名 稱(chēng) 并 寫(xiě) 出 電 極 反 應(yīng) 式 。 CuCl2 FeCl3ACu C 4.依 據(jù) 反 應(yīng) ： 2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s)設(shè) 計(jì) 的 原 電 池 如 圖 所 示 。請(qǐng) 回 答 下 列 問(wèn) 題 ：（ 1） 電 極 X的 材 料 是 _； 電 解 質(zhì) 溶 液 Y是_；（ 2） 銀 電 極 為 電 池 的 _極 ， 發(fā) 生 的 電 極 反 應(yīng) 為_(kāi)； X電 極 上 發(fā) 生 的 電 極 反 應(yīng) 為 _。（ 3） 外 電 路 中 的 電 子 是 從 _電 極 流 向 _電極 。 銅AgNO3 正2Ag + +2e-=2AgCu

14、-2e-=Cu2+ AgCu 26 電 池 電 極 反 應(yīng) 式 的 類(lèi) 型電池 僅 有 負(fù) 極 材 料參 與 反 應(yīng)兩 電 極 材 料 均參 與 反 應(yīng)兩 電 極 材 料 均不 參 與 反 應(yīng) 由 NordriDesign提 供 電 池 電 極 反 應(yīng) 式 的 書(shū) 寫(xiě)先 寫(xiě) 出 總 反 應(yīng) ， 再 寫(xiě) 出 某 一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 的 半反 應(yīng) ， 用 總 反 應(yīng) 減 去 半 反 應(yīng) 就 得 到 另 一個(gè) 半 反 應(yīng)規(guī) 則 ： 28 一 、 僅 有 負(fù) 極 材 料 參 與 反 應(yīng) 參 與 反 應(yīng) 的 金 屬 電 極 本 身 為 負(fù) 極 ， 負(fù) 極 參 與 反應(yīng) 的 金 屬 失 電 子 （ 先 寫(xiě) 出

15、 負(fù) 極 反 應(yīng) 式 ） ， 正 極 是介 質(zhì) 溶 液 中 的 微 粒 得 電 子 （ 反 應(yīng) 一 般 為 析 氫 、 吸氧 、 析 Cu、 Ag等 ） 。 29 1、 酸 性 較 強(qiáng) 介 質(zhì) ： 正 極 一 般 是 析 氫 反 應(yīng) 。 負(fù) 極 ： Zn-2e-=Zn2+ 正 極 ： 2H+2e-=H2 總 反 應(yīng) ： Zn+ 2H+ = H2+ Zn2+ 30 2、 堿 性 介 質(zhì) ： 正 極 一 般 是 吸 氧 反 應(yīng) 。 負(fù) 極 ： 2Fe-4e-=2Fe2+或 2Fe + 2OH- 4e- = 2Fe(OH)2 正 極 ： O2+2H2O+4e- =4OH- 總 反 應(yīng) ： 2Fe+O

16、2+2H2O = 2Fe(OH)2 31 3、 接 近 中 性 介 質(zhì) ： 正 極 一 般 是 吸 氧 反 應(yīng) 。 負(fù) 極 ： 2Fe - 4e-=2Fe2+ 正 極 ： O2+ 4e- + 2H2O=4OH- 總 反 應(yīng) ： 2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2 32 4、 含 不 活 潑 金 屬 的 鹽 溶 液 為 介 質(zhì) ： 正 極 析 出 不 活 潑 金 屬（ Cu、 Ag等 ） 。 負(fù) 極 ： Fe - 2e- = Fe2+ 正 極 ： Cu2+ + 2e- = Cu總 反 應(yīng) ： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 練 習(xí) ： 請(qǐng) 寫(xiě) 出 右 邊 原 電 池 的 電

17、 極 方 程 式總 反 應(yīng) 方 程 式 ：負(fù) 極 ： Al， 失 Al 3+ Mg AlNaOH溶 液 A拆 成 離 子 方 程 式 ：2Al + 2OH + 2H 2O = 2AlO2 + 3H 2根 據(jù) 化 合 價(jià) 升 降 判 斷 正 負(fù) 極2Al + 2NaOH + 2H 2O = 2NaAlO2 + 3H 2 34 二 、 電 極 材 料 本 身 均 不 參 與 反 應(yīng) 兩 電 極 均 為 惰 性 電 極 ， 常 見(jiàn) 于 燃 料 電 池 。 1、 酸 性 介 質(zhì) 氫 氧 燃 料 電 池 2H2+O2=2H2O 負(fù) 極 ： 2H2 - 4e-=4H+ 正 極 ： O2+ 4H+ + 4e

18、-=2H2O a. 應(yīng) 考 慮 電 解 質(zhì) 對(duì) 電 極 反 應(yīng) 的 影 響 b. 介 質(zhì) 為 酸 性 溶 液 時(shí) ， 反 應(yīng) 式 兩 邊 不 能 出 現(xiàn) OH -離 子 c. H+寫(xiě) 在 正 極 的 反 應(yīng) 物 中 352、 堿 性 介 質(zhì) 氫 氧 燃 料 電 池 2H2+O2=2H2O 負(fù) 極 ： 2H2+ 4OH- - 4e-=4H2O 正 極 ： O2 + 2H2O + 4e- =4OH- 36 3、 當(dāng) 電 解 質(zhì) 溶 液 接 近 中 性 時(shí) 氫 氧 燃 料 電 池 2H2+O2=2H2O 負(fù) 極 ： 2H2-4e-=4H+ 正 極 ： O2+2H2O+4e-=4OH- 37 例 一

19、有 人 設(shè) 計(jì) 出 利 用 CH4和 O2的 反 應(yīng) ， 用 鉑 電 極 在 KOH溶液 中 構(gòu) 成 原 電 池 。 電 池 的 總 反 應(yīng) 類(lèi) 似 于 CH4在 O2中 燃 燒 ， 則 下列 說(shuō) 法 正 確 嗎 ？1.負(fù) 極 上 是 O2獲 得 電 子 ， 電 極 反 應(yīng) 式 為 O2+2H2O+4e-=4OH- 2.負(fù) 極 上 CH4失 去 電 子 ， 電 極 反 應(yīng) 式 CH4+10OH- 8e-=CO32-+7H2O 38 三 、 兩 電 極 材 料 均 參 與 反應(yīng) 兩 電 極 材 料 通 常 由 金 屬 和 金 屬 化 合 物 構(gòu) 成 。 1、 酸 性 介 質(zhì) 鉛 蓄 電 池 ：

20、Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 負(fù) 極 ： Pb + SO42- 2e- = PbSO4 正 極 ： PbO2+ SO42- + 4H+ + 2e-= PbSO4 + 2H2O a. 應(yīng) 考 慮 電 解 質(zhì) 對(duì) 電 極 的 影 響 （ 如 生 成 難 溶 物 等 ） b. 介 質(zhì) 為 酸 性 溶 液 時(shí) ， 反 應(yīng) 式 兩 邊 不 能 出 現(xiàn) OH- c. H +寫(xiě) 在 正 極 的 反 應(yīng) 物 中 39 2、 堿 性 介 質(zhì) 愛(ài) 迪 生 蓄 電 池 ： Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2 + Ni(OH)2 負(fù) 極 ： Fe + 2OH- 2e-= Fe(OH)2

21、正 極 ： NiO2+ 2H2O + 2e-=Ni(OH)2 + 2OH- a. 反 應(yīng) 式 兩 邊 不 能 出 現(xiàn) H+離 子 b. OH -寫(xiě) 在 負(fù) 極 的 反 應(yīng) 物 中 1.利 用 原 電 池 原 理 設(shè) 計(jì) 新 型 化 學(xué) 電 池 ；2.改 變 化 學(xué) 反 應(yīng) 速 率 ， 如 實(shí) 驗(yàn) 室 用 粗 鋅 與 硫酸 反 應(yīng) 制 取 氫 氣 ；3.進(jìn) 行 金 屬 活 動(dòng) 性 強(qiáng) 弱 比 較 ；4.電 化 學(xué) 保 護(hù) 法 ， 即 將 金 屬 作 為 原 電 池 的 正 極而 受 到 保 護(hù) 。 如 在 鐵 器 表 面 鍍 鋅 。五 、 原 電 池 的 主 要 應(yīng) 用 ：5.解 釋 某 些 化

22、 學(xué) 現(xiàn) 象 (1)比 較 金 屬 活 動(dòng) 性 強(qiáng) 弱 。例 1： 下 列 敘 述 中 ， 可 以 說(shuō) 明 金 屬 甲 比 乙 活 潑 性 強(qiáng) 的 是C.將 甲 乙 作 電 極 組 成 原 電 池 時(shí) 甲 是 負(fù) 極 ；A.甲 和 乙 用 導(dǎo) 線(xiàn) 連 接 插 入 稀 鹽 酸 溶 液 中 ， 乙 溶 解 ， 甲 上 有 H 2氣 放 出 ；B.在 氧 化 還 原 反 應(yīng) 中 ， 甲 比 乙 失 去 的 電 子 多 ；D.同 價(jià) 態(tài) 的 陽(yáng) 離 子 ， 甲 比 乙 的 氧 化 性 強(qiáng) ； （ C）原 電 池 原 理 應(yīng) 用 ： (2)比 較 反 應(yīng) 速 率例 2 ：下 列 制 氫 氣 的 反 應(yīng)

23、速 率 最 快 的 是粗 鋅 和 1mol/L 鹽 酸 ；B.A. 純 鋅 和 1mol/L 硫 酸 ；純 鋅 和 18 mol/L 硫 酸 ；C. 粗 鋅 和 1mol/L 硫 酸 的 反 應(yīng) 中 加 入 幾 滴 CuSO4溶 液 。D. （ D ）原 電 池 原 理 應(yīng) 用 ： (3)比 較 金 屬 腐 蝕 的 快 慢例 3： 下 列 各 情 況 ， 在 其 中 Fe片 腐 蝕 由 快 到 慢 的 順 序 是(5) (2) (1) (3) (4)原 電 池 原 理 應(yīng) 用 ： 例 4： 下 列 裝 置 中 四 塊 相 同 的 Zn片 ， 放 置 一 段 時(shí) 間 后 腐 蝕 速率 由 慢 到

24、 快 的 順 序 是 (4) (2) (1) (3) (5)原 電 池 原 理 的 綜 合 應(yīng) 用例 5： 市 場(chǎng) 上 出 售 的 “ 熱 敷 袋 ” 的 主 要 成 分 為 鐵 屑 、炭 粉 、 木 屑 、 少 量 氯 化 鈉 和 水 等 。 “ 熱 敷 袋 ” 啟用 之 前 用 塑 料 袋 使 其 與 空 氣 隔 絕 ， 啟 用 時(shí) ， 打 開(kāi)塑 料 袋 輕 輕 揉 搓 就 會(huì) 放 出 熱 量 。 使 用 完 后 ， 會(huì) 發(fā)現(xiàn) 有 大 量 鐵 銹 存 在 。1)“ 熱 敷 袋 ” 是 利 用 放 出 熱 量 。2)炭 粉 的 主 要 作 用是 。3)加 入 氯 化 鈉 的 主 要 作 用

25、是 。4)木 屑 的 作 用是 。 鐵 被 氧 化與 鐵 屑 、 氯 化 鈉 溶 液 構(gòu) 成 原電 池 ， 加 速 鐵 屑 的 氧 化氯 化 鈉 溶 于 水 、 形 成 電 解 質(zhì) 溶 液使 用 “ 熱 敷 袋 ” 時(shí) 受 熱 均 勻 原 電 池 原 理 應(yīng) 用 ： 小 結(jié) 定 義 :（ 1） 由 兩 個(gè) 半 電 池 組 成 的 鋅 銅 原 電 池 的 工 作 原 理 原 電 池 把 化 學(xué) 能 轉(zhuǎn) 化 成 電 能 的 裝 置 。2、 原 電 池 的 工 作 原 理較 活 潑 的 金 屬 發(fā) 生 氧 化 反 應(yīng) ,電 子 從 較 活 潑 的 金 屬 (負(fù) 極 )通 過(guò) 外 電 路 流 向 較 不 活 潑 的 金 屬 (正 極 )。 負(fù) 極 正 極電 子 流 向電 流 流 向（ 2） 形 成 原 電 池 的 條 件（ 3） 原 電 池 的 正 負(fù) 極 的 判 斷 方 法（ 4） 電 極 材 料 的 選 擇 （ 電 池 的 電 極 必 須 導(dǎo) 電 ）