（浙江專用）2018-2019學年高中化學 專題1 化學反應與能量變化 第二單元 化學能與電能的轉(zhuǎn)化 第1課時 原電池的工作原理課件 蘇教版選修4.ppt

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1、第1課時 原電池的工作原理,專題1 第二單元 化學能與電能的轉(zhuǎn)化,[學習目標定位],,,新知導學,達標檢測,內(nèi)容索引,新知導學,,一、原電池的工作原理,,1.原電池的構造與工作原理 銅鋅原電池如圖所示，請回答下列問題： (1)有關的實驗現(xiàn)象 ①鋅片 ，銅片 ，硫酸銅溶液顏色 ； ②電流計的指針 ，裝置中的能量變化是 。 (2)電極名稱和電極反應 ①鋅電極為 極，發(fā)生 反應，電極反應式是Zn－2e－===Zn2＋； ②銅電極為 極，發(fā)生 反應，電極反應式是Cu2＋＋2e－===Cu； ③電池總反應的離子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

2、。,溶解,加厚變亮,變淺,發(fā)生偏轉(zhuǎn),化學能轉(zhuǎn)化為電能,負,氧化,正,還原,(3)電子流動方向和電流方向 ①外電路：電子由 電極經(jīng)過導線流向 電極，電流由 電極流向 電極； ②內(nèi)電路：陽離子移向 ，陰離子移向 。 (4)原電池構成的條件：具有 不同的兩個電極，二者直接或間接地連在一起，插入 中，且能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應。下列圖示裝置能形成原電池的是 。,鋅,銅,銅,鋅,銅電極(正極),鋅電極(負極),活動性,電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì),AD,原電池原理示意圖,(1)原電池原理是將 分開進行，還原劑在 極上失去電子發(fā)生 反應

3、，電子通過導線流向 極，氧化劑在 極上得到電子發(fā)生 反應。 (2) 為電子流出極，相對活潑，通常是活動性較 的金屬或某些還原劑，電極被 ，發(fā)生 反應。 (3) 為電子流入極，相對不活潑，通常是活動性較差的金屬或非金屬導體，一般是電解質(zhì)溶液中的氧化性強的離子被還原或電極上附著物本身被 ，發(fā)生 反應。,氧化反應和還原反應,負,氧化,正,正,還原,強,氧化,氧化,正極,還原,還原,負極,2.鹽橋原電池(或雙液原電池) 按下圖所示裝置完成實驗，并回答下列問題：,(1)實驗過程中，能觀察到的實驗現(xiàn)象： ①鋅片 ，銅片 ； ②電流計指針 ； ③硫酸銅溶液

4、的顏色 。,溶解,加厚變亮,發(fā)生偏轉(zhuǎn),變淺,(2)離子移動方向 ①硫酸鋅溶液中： 向鹽橋移動； ②硫酸銅溶液中： 向銅極移動； ③鹽橋中：K＋移向 區(qū)(CuSO4溶液)，Cl－移向 區(qū)(ZnSO4溶液)。 (3)若取出裝置中的鹽橋，電流表的指針是否還會發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ ，原因是 。,Zn2＋,Cu2＋,正極,負極,不偏轉(zhuǎn),取出鹽橋，該裝置不能構成閉合回路，不能形成原電池,原電池中鹽橋的作用 (1)構成 ，形成原電池。 (2)避免 與電解質(zhì)溶液直接反應，有利于最大程度地將化學能轉(zhuǎn)化為電能。 (3)鹽橋中的

5、定向遷移，使溶液保持電中性，反應持續(xù)進行，能長時間穩(wěn)定放電。,閉合回路,電極,陰、陽離子,3.由原電池相關知識判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”) (1)原電池中電子流出的一極是正極，發(fā)生氧化反應( ) (2)原電池中電流的方向是負極—導線—正極( ) (3)雙液原電池中的鹽橋是為了連通電路，所以也可以用金屬導線代替( ) (4)在原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負極( ) (5)銅、鋅與硫酸組成的原電池中，鋅為負極，質(zhì)量減少，銅為正極，質(zhì)量不變( ),,,,√,√,原電池正極和負極的判斷依據(jù),例1 關于下圖所示的原電池，下列說法正確的是,答案,解析,A.電子從鋅電極通過電流計流向銅

6、電極 B.鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中遷移 C.銅電極發(fā)生還原反應，其電極反應是2H＋＋2e－===H2↑ D.取出鹽橋后，電流計仍會偏轉(zhuǎn)，銅電極在反應前后質(zhì)量不變,√,解析 鋅片作負極，銅片作正極，電子從負極流向正極，A選項正確； 鹽橋中的陰離子向負極移動，B選項錯誤； 負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，銅電極發(fā)生的反應為Cu2＋＋2e－===Cu，C選項錯誤； 取出鹽橋后不能形成原電池，電流計不偏轉(zhuǎn)，銅電極在反應后質(zhì)量增加，D選項錯誤。,例2 根據(jù)原電池的工作原理，寫出下列電池的電極反應式。 (1)將鐵片、銅片用導線連接后，置于稀硫酸中，形成原電池： ①正極反應式是___________

7、_______； ②負極反應式是________________； ③原電池總反應的離子方程式是_______________________。,答案,2H＋＋2e－===H2↑,Fe－2e－===Fe2＋,Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑,(2)有人用原電池原理除去銀器皿表面的黑色硫化銀，其處理方法：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時間后，有臭雞蛋氣味的氣體放出，銀表面的黑色會褪去而銀不會損失。在此形成的原電池中： ①負極反應式是__________________； ②正極反應式是_________________________。,解析 要善于抓

8、住題示信息。“黑色褪去而銀不會損失”，必然發(fā)生變化：Ag2S―→ Ag，顯然這是原電池的正極反應：3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－，負極反應應為活潑金屬發(fā)生氧化反應：2Al－6e－===2Al3＋。,答案,解析,2Al－6e－===2Al3＋,3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－,一般電極反應式的書寫方法 (1)判斷原電池的正、負極，即找出氧化劑和還原劑。 (2)結合介質(zhì)的酸堿性確定還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。 (3)寫出電極反應式，將兩式相加得總反應式。,方法點撥,例3 根據(jù)下列原電池的總反應式，寫出其電極反應式。 (1)利用反應2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制

9、備硫酸銅，若將該反應設計為原電池，其負極反應式是___________________， 正極反應式是_______________________。,解析 將總方程式拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，還原劑在負極上發(fā)生氧化反應：2Cu－4e－===2Cu2＋；氧化劑在正極上發(fā)生還原反應：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。,答案,解析,2Cu－4e－===2Cu2＋,O2＋4e－＋4H＋===2H2O,(2)某原電池總反應為 ＋3H2===Fe2O3＋4OH－＋H2O，在該原電池中： 負極反應式是__________________________； 正極反應式是___________

10、________________________。,解析 將總方程式拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，還原劑在負極上發(fā)生氧化反應：3H2－6e－＋6OH－===6H2O；氧化劑在正極上發(fā)生還原反應： ＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－。,答案,解析,3H2－6e－＋6OH－===6H2O,已知總反應式，書寫電極反應式的方法 (1)分析原電池總反應式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應即為正極反應；找出還原劑及其對應的氧化產(chǎn)物，還原劑發(fā)生的反應即為負極反應。 (2)當氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時，還應注意電解質(zhì)參與的反應。

11、 (3)若有一電極反應式較難書寫，可先寫較易寫出的電極反應式，然后利用總反應式減去該電極反應式即可得到另一電極反應式。,方法點撥,,二、原電池原理的應用,,1.比較金屬活動性強弱 對于酸性電解質(zhì)，一般是負極金屬的活動性 ，正極金屬的活動性 。 例如：a和b兩種金屬，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生，則a為 極，b為 極，金屬活動性a b。 2.加快氧化還原反應的速率 構成原電池的反應速率比直接接觸反應的速率 。 例如：實驗室制取氫氣時，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應速率 ；或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產(chǎn)生氫氣的速率 。,較強,較弱,負,正,>,快,快,加

12、快,3.設計化學電池 (1)理論上，任何自發(fā)的 反應都可以設計成原電池。 (2)外電路： 性較強的物質(zhì)在負極失去電子， 性較強的物質(zhì)在正極上得到電子。 (3)內(nèi)電路：將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰、陽離子作 移動。,氧化還原,還原,氧化,定向,(3)外電路中的電子是從________極流向________極。 (4)該原電池的正極是____，還可以選用___________等材料。 (5)如果將裝置圖中的兩個燒杯換成一個燒杯，是否還需要硫酸銅溶液？_______。,例4 依據(jù)氧化還原反應：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag設計的原電池如圖所示。,答案,解析,請回答下列問題：

13、(1)電極X的材料是___，電解質(zhì)溶液Y是___________。 (2)銀電極的電極反應式是___________________； X電極的電極反應式是_________________。,銅,硝酸銀溶液,2Ag＋＋2e－===2Ag,Cu－2e－===Cu2＋,負(或銅),正(或銀),銀,鉑、石墨,不需要,解析 原電池中負極上發(fā)生氧化反應，正極上發(fā)生還原反應，鹽橋起到形成閉合回路、平衡電荷的作用。由總反應方程式可知電極X的材料是Cu，發(fā)生氧化反應，電解質(zhì)溶液Y是可溶性銀鹽溶液，常用AgNO3溶液。電極反應式如下，負極：Cu－2e－===Cu2＋，正極：2Ag＋＋2e－===2Ag，電子由

14、負極(Cu)流出，經(jīng)外電路流向正極(Ag)。,原電池的設計方法——“兩極一液一連線” (1)根據(jù)電池總反應式寫出正極和負極的電極反應式。 (2)電極材料的選擇：電池的電極必須導電。一般電池中的負極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應，容易失去電子，因此負極一般是活潑的金屬材料，所以正極和負極不能用同一種材料，兩個電極可以是活潑性不同的兩種金屬或一種金屬和一種非金屬。 (3)電解質(zhì)溶液的選擇：電解質(zhì)溶液是為正極提供放電的物質(zhì)，一般能夠與負極發(fā)生反應。 (4)形成閉合回路。,方法點撥,例5 ①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。①②相連時，外電路電流從②流向①；①③相連時，③為正極；②④相連時

15、，②上有氣泡逸出；③④相連時，③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是 A.①③②④ B.①③④② C.③④②① D.③①②④,答案,解析,√,解析 利用原電池的形成和工作原理解決問題。在外電路中，電流從正極流向負極，則①作原電池的負極，②作正極，故活動性①＞②； 活動性相對較弱的金屬作原電池的正極，故金屬的活動性①＞③； 有氣泡產(chǎn)生的電極發(fā)生的反應為2H＋＋2e－===H2↑，為原電池的正極，故活動性④＞②； 質(zhì)量減少的電極發(fā)生氧化反應生成金屬離子而溶解，為負極，故活動性③＞④，由此可得金屬活動性：①＞③＞④＞②。,學習小結,達標檢測,1,2,3,4,5,1.在如圖所示的水

16、果(檸檬)電池中，外電路上的電流從X電極流向Y電極。若X為鐵，則Y可能是 A.鋅 B.石墨 C.銀 D.銅,解析 電流的方向與電子的移動方向相反，由已知條件知電子由Y電極流向X電極，因此Y電極的金屬活動性強于鐵，故Y電極只能為選項中的鋅。,答案,解析,√,1,2,3,4,5,2.(2017浙江六校高二月考)某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述中正確的是 A.電池工作中，鹽橋中的Cl－向負極移動 B.負極反應式：2H＋＋2e－===H2↑ C.工作一段時間后，兩燒杯中溶液pH均不變 D.Fe作正極，發(fā)生氧化反應,答案,解析,√,1,2,3,4,5,解析 根據(jù)原電池工作原理，陽離子向正極移動

17、，陰離子向負極移動，鹽橋的作用是構成閉合回路和平衡兩燒杯中的電荷，所以Cl－向負極移動，故A正確； 鐵作負極：Fe－2e－===Fe2＋，正極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，故B錯誤； 左燒杯中pH基本不變，右燒杯中消耗H＋，c(H＋)減小，pH增大，故C錯誤； 總電極反應式為Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，鐵作負極，發(fā)生氧化反應，故D錯誤。,1,2,3,4,5,3.下列有關圖甲和圖乙的敘述不正確的是,答案,解析,A.均發(fā)生了化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程 B.Zn和Cu既是電極材料又是反應物 C.工作過程中，電子均由Zn經(jīng)導線流向Cu D.相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高,√,1,2,

18、3,4,5,解析 兩個裝置都為原電池裝置，均發(fā)生化學能轉(zhuǎn)化成電能的過程，故A正確； 根據(jù)原電池的工作原理，鋅比銅活潑，鋅作負極、銅作正極，銅本身不是反應物，故B錯誤； 鋅作負極，電子從負極經(jīng)外電路流向正極，故C正確； 圖乙中裝置產(chǎn)生的電流在一段時間內(nèi)變化不大，但圖甲裝置產(chǎn)生的電流在較短時間內(nèi)就會衰減，故D正確。,1,2,3,4,5,4.有a、b、c、d四種金屬，將a與b用導線接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，a不易腐蝕；將b、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比b反應劇烈；將銅浸入a的鹽溶液里，無明顯變化；如果把銅浸入c的鹽溶液里，有金屬c析出。據(jù)此判斷它們的金屬活動性由強到弱的順序為 A.a>c>d>b

19、 B.d>a>b>c C.d>b>a>c D.b>a>d>c,答案,解析,√,1,2,3,4,5,解析 兩種活潑性不同的金屬和電解質(zhì)溶液構成原電池，一般情況下，較活潑的金屬作負極，負極上金屬失電子發(fā)生氧化反應被腐蝕，較不活潑的金屬作正極，將a與b用導線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，a不易腐蝕，所以金屬活動性：b>a。 金屬和相同的酸反應時，活動性強的金屬反應劇烈，將b、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比b反應劇烈，所以活動性：d>b。 金屬與鹽的置換反應中，較活潑的金屬能置換出較不活潑的金屬，將銅浸入a的鹽溶液中，無明顯變化，說明金屬活動性：a>Cu；如果把銅浸入c的鹽溶液中，有金屬c析出，說明金

20、屬活動性：Cu>c。 所以金屬活動性由強到弱的順序為d>b>a>c。,1,2,3,4,5,5.由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置圖進行實驗。,根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題： (1)裝置甲中負極的電極反應式是________________。,答案,解析,A－2e－===A2＋,1,2,3,4,5,解析 甲、乙、丙均為原電池裝置。依據(jù)原電池原理，甲中A不斷溶解，則A為負極、B為正極，活動性A＞B；乙中C極增重，即析出Cu，則B為負極，活動性B＞C；丙中A上有氣泡即H2產(chǎn)生，則A為正極，活動性D＞A，隨著H＋的消耗，pH變大。,1,2,3,4,5,(2)裝置乙中正極的電極反應式是________________。 (3)裝置丙中溶液的pH_____(填“變大”“變小”或“不變”)。 (4)四種金屬活動性由強到弱的順序是_____________。,答案,Cu2＋＋2e－===Cu,變大,D＞A＞B＞C,本課結束,