4.1原电池(高中化学选修4).ppt

1、41.1.原电池的定义：把化学能转变为电能的装置。原电池的定义：把化学能转变为电能的装置。3.3.原电池的构成条件原电池的构成条件(1)(1)活泼性不同的两个电极；活泼性不同的两个电极；(2)(2)电极需插入电解质溶液中；电极需插入电解质溶液中；(3)(3)必须形成闭合回路。必须形成闭合回路。2.2.化学电池的反应本质：化学电池的反应本质：氧化还原反应氧化还原反应课前回顾：课前回顾：前提条件前提条件:自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应稀硫酸稀硫酸ZnCuZn2+e-e-H+H+Zn2e-=Zn2+总反应：总反应：2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2（氧化反应）（氧化反应）（还

2、原反应）（还原反应）锌片：锌片：铜片：铜片：Cu-Zn原电池：原电池：负极：负极：正极：正极：课前回顾：课前回顾：4.4.原电池的电极及电极反应式的书写原电池的电极及电极反应式的书写原电池正、负极的判断方法原电池正、负极的判断方法1.活泼的金属为负极；活泼的金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。3.电子由负极流向正极；电子由负极流向正极；电流由正极流向负极。电流由正极流向负极。2.负极失电子发生氧化反应（化合价升高）负极失电子发生氧化反应（化合价升高）；正极得电子发生还原反应（化合价降低）。正极得电子发生还原反应（化合价降低）。5.质量减小

3、或溶解的一极为负极；质量减小或溶解的一极为负极；质量不变、有气泡产生或质量增加的为正极。质量不变、有气泡产生或质量增加的为正极。4.阴离子移向负极阴离子移向负极，阳离子移向正极。阳离子移向正极。1 1、CuCu、FeFe作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：CuCu作作_极极,FeFe作作_极极电极反应式是：负极电极反应式是：负极_ 正极正极_总反应式是总反应式是_如将稀硫酸改为浓硝酸则：如将稀硫酸改为浓硝酸则：CuCu作作_极极,FeFe作作_极极电极反应式是：负极电极反应式是：负极_ 正极正极_总反应式是总反应式是_Cu+4HNOCu+4HNO3 3(

4、浓浓)=Cu(NO)=Cu(NO3 3)2 2+2NO+2NO2 2 +2H+2H2 2O O正正负负Fe-2eFe-2e-=Fe=Fe2+2+2H2H+2e+2e-=H=H2 2Fe+HFe+H2 2SOSO4 4=FeSO=FeSO4 4+H+H2 2负负正正Cu-2eCu-2e-=Cu=Cu2+2+2NO2NO3 3-+4H+4H+2e+2e-=2NO=2NO2 2 +2H+2H2 2O O原电池原电池 FeCu与浓与浓HNO3构成的原电池构成的原电池 Fe是正极，因为铁遇到浓硝酸钝化，Cu失去电子。负极：Cu-2e-=Cu2+正极：4H+2NO3-+2e-=2H2O+2NO2总反应式为

5、：Cu+4H+2NO3-=Cu2+2H2O+2NO2特殊的原电池特殊的原电池特殊的原电池特殊的原电池 MgAl与NaOH构成的原电池负极：2Al 6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O 正极：6H2O+6e-=6OH-+3H2 在NaOH溶液中，Al可以反应作为负极，但Mg无法反应，作正极。总反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H22022-11-198探究实验一探究实验一请根据反应请根据反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu设计一个设计一个单液单液原电池，并进行实原电池，并进行实验验。原电池原电池2022-11-199CuSO4 溶液溶液电流表指针发生偏转，但电流表指针

6、发生偏转，但不稳定。不稳定。两个电极上都有两个电极上都有红色物质生成红色物质生成原电池原电池2022-11-1910思考：如何才能得到持续稳思考：如何才能得到持续稳定的电流？定的电流？分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，锌片失去的电子一部分经导接触，锌片失去的电子一部分经导线传递到铜片表面，另一部分电子线传递到铜片表面，另一部分电子直接传递给硫酸铜溶液中的直接传递给硫酸铜溶液中的Cu2+,铜在锌片表面析出，锌片表面也构铜在锌片表面析出，锌片表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度面析出，致使向外输出的电流强

7、度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产不再构成原电池，也就没有电流产生。生。CuSO4 溶液溶液原电池原电池在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池。2022-11-1911原电池原电池2022-11-1912 探究实验二探究实验二 将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，然后分别浸入盛有并使锌片和铜片不直接接触，然后分别浸入盛有硫酸锌和硫酸铜溶液的烧杯中，硫酸锌和硫酸铜溶液的烧杯中，中间用一盐桥连中间用一盐桥连接接，观察现象。，观察现象。电极反应：电极

8、反应：负极：负极：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应）正极：正极：Cu2+2e-=Cu（还原反应）（还原反应）电池反应方程式：电池反应方程式：Zn+Cu2+=Zn2+Cu盐桥中通常装有含琼盐桥中通常装有含琼胶的胶的KCl饱和溶液饱和溶液.原电池原电池2022-11-1913盐桥的作用：盐桥的作用：Cl-向锌盐方向移动，向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，向铜盐方向移动，使使Zn盐和盐和Cu盐溶液一直盐溶液一直保持电中性保持电中性，从而使电子不断从，从而使电子不断从Zn极流向极流向Cu极。极。原电池原电池2022-11-1914导线传递电子，导线传递电子，沟通沟通外外电路电路；而盐桥则

9、传递而盐桥则传递正负离子，沟正负离子，沟通通 内内 电 路。电 路。盐桥盐桥保持保持溶液溶液电中性电中性，使两，使两个烧杯中的溶个烧杯中的溶液连成一个通液连成一个通路。路。ZnSO4溶液CuSO4溶液原电池原电池2022-11-1915氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液盐桥盐桥失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应Cu2+2e-=Cu阴离子阴离子阳离子阳离子负极负极正极正极 外电路外电路内电路内电路原电池原电池2022-11-19江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣16此此原电池的优点原电池的优点：能产生持续、稳定能产生持续、稳

10、定的电流。的电流。原电池原电池2022-11-19江西省鹰潭市第一中学 桂耀荣17 此原电池是由两个此原电池是由两个半半电池电池组成的（锌和锌盐溶组成的（锌和锌盐溶液构成锌半电池，铜和铜液构成锌半电池，铜和铜盐溶液构成铜半电池）盐溶液构成铜半电池）；半电池中的反应就是半电池中的反应就是半反半反应应,即即 电 极 反 应电 极 反 应。原电池原电池2022-11-1918氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液盐桥盐桥失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应Cu2+2e-=Cu阴离子阴离子阳离子阳离子负极负极正极正极 外电路外电路

11、内电路内电路原电池原电池2022-11-1919 将原电池反应中的氧化反应与还原反应将原电池反应中的氧化反应与还原反应分开在两个不同区域内进行，再以适当的分开在两个不同区域内进行，再以适当的方式连接起来，从而获得了稳定持续的电方式连接起来，从而获得了稳定持续的电流。流。原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。小小 结结原电池原电池2022-11-1920原电池的组成原电池的组成两个两个半电池半电池 锌半电池锌半电池铜半电池铜半电池盐桥盐桥 利用同样的原理，可以把其它氧化还原反应设计成各利用同样的原理，可以把其它氧化还原反应设计成各种原电池。种原电池。原电池原电池2022-

12、11-1921利用反应利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计一个，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。原电池的示意图，并写出电极反应。负极材料为负极材料为Zn，正极材料可用还原性比，正极材料可用还原性比Zn弱弱的导体如的导体如(Pt或或C),，电解质溶液为含，电解质溶液为含FeCl3溶液。溶液。原电池的应用原电池的应用（1）设计原电池用还原性较强的作负极，用氧化性较强的作正极。用还原性较强的作负极，用氧化性较强的作正极。2022-11-1922负极负极(Zn)：Zn-2e-=Zn2+

13、（氧化反应）（氧化反应）正极正极(Pt或或C)：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（还原反应）FeCl3PtPtFeCl3ZnZnCl2粗锌中的杂质碳等，与锌、硫酸形成原电池，粗锌中的杂质碳等，与锌、硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生氢气的速率加快。加快了锌的腐蚀，产生氢气的速率加快。实验室制氢气为什么用粗锌而不用纯锌？实验室制氢气为什么用粗锌而不用纯锌？原电池的应用原电池的应用（2）加快氧化还原反应的速率）加快氧化还原反应的速率原理原理:在原电池中在原电池中,氧化反应和还原反应分别在两氧化反应和还原反应分别在两极进行极进行,使溶液中的粒子运动时相互干扰减小使溶液中的粒子运动时相互干扰

14、减小,使使反应速率加快。反应速率加快。如：如：X、Y、Z都是金属，把都是金属，把X浸入浸入Z的硝的硝酸盐溶液中，酸盐溶液中，X的表面有的表面有Z析出，析出，X与与Y组成原电池时，组成原电池时，Y为电池的负极。为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序是：三种金属的活动性顺序是：。（3）比较金属活动性的强弱）比较金属活动性的强弱负极就是相对活泼的金属、优先反应的负极就是相对活泼的金属、优先反应的电极、发生氧化反应的电极。电极、发生氧化反应的电极。YXZa c d b 把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若用导线两两相连组成原电池。若a、b

15、相连相连时，时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（的活动性顺序由强到弱的为（）。）。练习：练习：（4）保护、防止金属腐蚀，解释一些现象。）保护、防止金属腐蚀，解释一些现象。新课程导学新课程导学P48 例例2请根据反应请根据反应：2Fe3+Fe =3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案设计原电池，你有哪些可行方案?FeCuFeCl3溶液溶液FeCFe(NO3)3溶液溶液FeAgFe2(SO4)3溶液溶

16、液电极反应式：电极反应式：负极负极 Fe2e-Fe2+正极正极 2Fe3 2e-2 Fe2+总反应式：总反应式：2Fe3+Fe 3 Fe2+负极材料为铁，正极材料可用还原性比铁弱的负极材料为铁，正极材料可用还原性比铁弱的导体，电解质溶液为含导体，电解质溶液为含Fe3+的盐溶液。的盐溶液。练习练习：根据反应根据反应:Fe+Cu2+=Fe2+Cu设计一套设计一套原电池。标出正负极、电极反应式和反应类型。原电池。标出正负极、电极反应式和反应类型。可选材料：可选材料：Zn、Fe、Cu、石墨棒、石墨棒、塑料片塑料片 稀硫酸、硫酸铜溶液、氯化铜溶液稀硫酸、硫酸铜溶液、氯化铜溶液 硫酸亚铁溶液硫酸亚铁溶液、

17、导线、导线正极材料可以是石墨或是铜，正极材料可以是石墨或是铜，但但负极一定要用铁负极一定要用铁，溶液应为，溶液应为硫酸铜或氯化铜的溶液。硫酸铜或氯化铜的溶液。硫酸铜硫酸铜铜铜铁铁参考参考第3课时发展中的化学电源发展中的化学电源1）化学电池有三大类型：）化学电池有三大类型：、.干电池干电池 充电电池充电电池 燃料电池燃料电池 2）特点：）特点：一次电池：不可充电，一次电池：不可充电，如干电池（又称为锌锰电池，是最早使用的化学电池）如干电池（又称为锌锰电池，是最早使用的化学电池）二次电池：可循环利用，二次电池：可循环利用，放电过程是将放电过程是将 能转化为能转化为 能；能；充电过程是将充电过程是将

18、 能转化为能转化为 能。能。燃料电池：可不断充入氧化剂、还原剂连续使用，燃料电池：可不断充入氧化剂、还原剂连续使用，最理想的燃料是最理想的燃料是 。（1）产物为水，无污染）产物为水，无污染（2）与其它能源比，反应相同质量，放出能量多）与其它能源比，反应相同质量，放出能量多（3）来源广）来源广化学化学 电电 电电 化学化学H2 发展中的化学电源发展中的化学电源二、常见的化学电池二、常见的化学电池1.干电池干电池(一次性电池一次性电池)电极电极:ZnZn为负极为负极,碳棒为正极碳棒为正极电解液电解液:NH:NH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉糊和淀粉糊总反应：总反应：Zn+Zn+2Mn

19、O2MnO2 2+2NH+2NH4 4+=Zn=Zn2+2+MnMn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O电极方程式：电极方程式：负极负极(Zn):(Zn):ZnZn2e2e-ZnZn2 2正极正极(C)(C)：2MnO2MnO2 2+2NH+2NH4 4+2e+2e-=Mn=Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O(1)(1)锌锰干电池锌锰干电池(2)碱性锌锰干电池 随着用电器朝着小型化、多 功能化发展的要求，对电池的发 展也提出了小型化、多功能化发 展的要求。体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解质溶液由原来的中性变为离

20、子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。银锌电池银锌电池ZnZn为负极为负极,Ag,Ag2 2O O为正极为正极 电解液电解液:KOH:KOH溶液溶液电极反应式电极反应式:负极负极:ZnZn2OH2OH2e2e-Zn(OH)Zn(OH)2 2 正极正极:AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e-2Ag2Ag2OH2OH总反应式总反应式:ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2铅蓄电池:电极：电极：Pb为负极为负极 PbO2为正极为正极.电解液电解液:30%的的H2SO4溶液溶液总电池反应总电池反应:

21、PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O放电时：放电时：负极负极(Pb)：PbSO42-2e-PbSO4 正极正极(PbO2):PbO24HSO42-2e-PbSO42H2O 当有10mol电子转移时，消耗 molH2SO4 10放电充电3、锂电池、锂电池锂电池锂电池负极：Li e-=Li+7g1mol1两极得失电子数相等。两极得失电子数相等。2电极反应式常用电极反应式常用“=”，不用，不用“”,不写条件不写条件。3电极反应式中若有气体生成，需加电极反应式中若有气体生成，需加“”；若有固体；若有固体生成，一般不标生成，一般不标“”。原电池的总反应式把正极和负极。原电池的总反应式把正极和负

22、极的电极反应式相加而得。的电极反应式相加而得。4还要注意电解质溶液对产物存在形式的影响，还要注意电解质溶液对产物存在形式的影响，碱性碱性介质的电极反应中不能出现介质的电极反应中不能出现H，酸性介质的电极反应中，酸性介质的电极反应中不能出现不能出现OH。电极方程式的书写注意事项电极方程式的书写注意事项 4、新型燃料电池、新型燃料电池燃料电池书写注意事项：1.先写出燃料与O2的反应，看生成物能否与电解质反应，若能，写出反应式，再将两反应式相加，得总反应；若不能，则总反应就是燃料与O2 的反应。2.燃料作负极，失电子；燃料作负极，失电子；O2作正极作正极,得电子。得电子。（遵循得失电子守恒，电荷守恒

23、）。3.关于O2处理：O2 得电子变成O2-,不能单独存在。酸性溶液：酸性溶液：O2与与H+结合生成结合生成H2O;碱性或中性溶液：碱性或中性溶液：O2与与H2O结合生成结合生成OH-。4.先写正极，再写负极。负极=总反应正极氢氧氢氧燃料电池燃料电池电极电极:Pt制作的惰性电极制作的惰性电极反应原理反应原理:b.碱性电解质溶液（如碱性电解质溶液（如KOH）总反应：总反应：正极正极:负极负极:a.酸性电解质溶液酸性电解质溶液(如硫酸如硫酸)总反应：总反应：正极正极:负极负极:2H2+4OH4e-4H2OO22H2O 4e-4OH 2H2O22H2O2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2

24、O2H2O2 2H2OO2在碱性或中性条件下的电极反应CH4燃料电池酸性电解质溶液：酸性电解质溶液：总反应方程式为：CH4+2O2=2H2O+CO2 负极：CH4 8e-+2H2O =CO2+8H+正极：2O2+8e-+8H+=4H2OCH4燃料电池碱性溶液：负极：CH4+10OH-8e-=CO3+7H2O 反应式：CH4 +2O2 =CO2+2H2O CO2+2OH-=CO3+H2O +=总反应：总反应：CH4+2O2+2OH=CO3+3H2O正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-2溶液溶液pH的变化的变化以氢氧燃料电池以氢氧燃料电池(电解质溶液为电解质溶液为KOH溶液溶液)为例：为例：负

25、极：负极：2H24e4OH=4H2O正极：正极：O24e2H2O=4OH总反应：总反应：2H2O2=2H2O负极上消耗负极上消耗OH，使附近溶液，使附近溶液pH减小，正极上产生减小，正极上产生OH，使附近，使附近溶液溶液pH增大，整个电解质溶液中增大，整个电解质溶液中OH物质的量保持不变，但由于反物质的量保持不变，但由于反应生成应生成H2O，使溶液，使溶液pH减小。减小。特别提醒特别提醒判断原电池工作过程中溶液判断原电池工作过程中溶液pH变化时，不仅要看正变化时，不仅要看正、负两极生成、负两极生成OH(H)或消耗或消耗OH(H)的物质的量的多少，还要看的物质的量的多少，还要看原电池反应中是否生成或消耗原电池反应中是否生成或消耗H2O。