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.pptx

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1、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、

2、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

3、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.C

4、u、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

5、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

6、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

7、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)Cu AgNO3溶液 (2)正 2Ag+2e-=2Ag Cu-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,变式训练1锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c(S O 4 2 )减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换

8、膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,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WZ;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡;W、Y相连时,W

9、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XZWY。,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

10、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、

11、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,

12、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

13、究一,探究二,答案 Pt或石墨 2Fe3+2e-=2Fe2+ Zn Zn-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,

14、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

15、,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AgNO

16、3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200 mL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 。 (

17、2)电流的方向是 。 (3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L(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0.075 mol H2,通过0.075 mol2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)=0.075 mol65 gmol-1= 4.875 g,N(e-)=0.15 mol6.021023 mol-1=9.031022,c(H2SO4)=1.5 molL-1。 答案 (1)Zn-2e-=Zn2+ 2H+2e-=H2 (2)由Cu极流向Zn极 (3)4.875 9.031022 1.5 molL-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+,