高中化学 4.1 原电池课件 新人教版选修4.ppt

第一节原电池,目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,1.原电池的定义和实质 (1)定义:将化学能转化为电能的装置。 (2)实质:利用能自发进行的氧化还原反应把化学能转化为电能。,目标导航,预习导引,2.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例),目标导航,预习导引,3.原电池形成的条件 (1)两个活泼性不同的电极; (2)有电解质溶液; (3)形成闭合回路。,目标导航,预习导引,4.原电池的设计 (1)依据。 理论上,能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。 (2)实际设计时应注意以下几个方面: 外电路: 负极(还原性较强的物质) 正极(能导电的物质) 内电路: 将两极浸入电解质溶液中,并通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。 闭合回路:,目标导航,预习导引,深度思考 判断下列描述的正误(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)在原电池构成的闭合回路中,电子从原电池的正极通过导线流向负极。 () (2)原电池的正极一定是化学性质较不活泼的金属。 () (3)原电池工作时,正极上发生的是氧化反应。 () (4)由Cu、Zn作电极与CuSO4溶液构成的原电池中,Cu是负极。 () (5)CaO+H2O=Ca(OH)2是放热反应,可设计成原电池。 () (6)实验室利用锌与稀硫酸反应制取氢气时,粗锌比纯锌效果好。 () 答案:(1)(2)(3)(4)(5) (6),迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,一、原电池的工作原理和正、负极的判断 1.原电池的工作原理,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2.原电池正、负极的判断,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,3.带盐桥的原电池的构成特点 (1)一般情况下,金属插入其可溶性盐溶液中,组成负极和正极。 (2)为使溶液保持电中性,盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路。 (3)盐桥电池的两个电极材料可以不同,也可以相同,但环境绝对不同。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,(1)盐桥是装有含琼胶的饱和KCl溶液的U形管,原电池工作时,K+、Cl-的移动方向是怎样的? 答案:原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,故K+向正极区移动,Cl-向负极区移动。 (2)盐桥在原电池工作中有何作用? 答案:盐桥的作用:a.使整个装置构成闭合回路,避免两溶液直接接触;b.盐桥中阳离子移向正极区,阴离子移向负极区,使两溶液保持电中性,从而使氧化还原反应持续进行。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,【例1】 铜锌原电池(如下图)工作时,下列叙述正确的是() A.正极反应为Zn-2e-=Zn2+ B.电池反应为Zn+Cu2+=Zn2+Cu C.在外电路中,电子从正极流向负极 D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 解析:电池的正极上得电子,A项错误;结合该电池的装置图可知,该过程中涉及的氧化还原反应为Zn+Cu2+=Zn2+Cu,B项正确;外电路中,电子从负极流向正极,C项错误;在左边烧杯中由Zn失去电子形成Zn2+,使得该烧杯中带正电荷的离子增加,为维持电中性,Cl-应该通过盐桥流向ZnSO4溶液,D项错误。 答案:B,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,下列装置中,电流表指针能发生偏转的是(),迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,解析:A项中锌电极和乙烧杯中的电解质溶液不能发生氧化还原反应,不能构成原电池,A项错误;B项中冰醋酸不导电,不能构成原电池,B项错误;C项中装置符合构成原电池的条件,但两极直接接触,相当于短路,因此电路中无电流,C项错误。 答案:D,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,知识精要,二、原电池的设计 1.理论上任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成一个原电池。设计原电池时,先分析氧化还原反应,理论上被氧化的物质在负极上反应,被还原的物质在正极上反应。原电池的判断应根据原电池的构成条件进行。 2.设计原电池时要紧扣构成原电池的条件。 (1)首先要将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应; (2)根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料(负极一般就是失电子的物质,正极用比负极活泼性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,知识精要,电解质溶液的选择。 电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),左右两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料金属对应的阳离子。如在铜-锌-硫酸铜构成的原电池中,负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu2+的溶液中。 电极材料的选择。 在原电池中,负极若参与反应,通常为活泼性较强的金属材料,正极材料比负极材料的活泼性差。并且,原电池的电极必须能够导电。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,(1)能用金属代替盐桥吗? 答案:不可以,在电路接通的情况下,这个盐桥只是整个回路的一部分,随时要保持电中性,装有含琼胶的饱和KCl溶液的盐桥因其中含有两种离子,可以与溶液中的离子交换,从而达到传导电流的目的,而且琼胶本身可以容纳离子在其中运动;若用金属代替盐桥,电子流向一极后不能直接从另一极得到补充,必然趋势就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的那一极得电子析出金属,从而降低了整个电池的电势。所以,光有自由电子是不够的,应该有一个离子的通道即“盐桥”。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,(2)在有盐桥的铜锌原电池中,电解质溶液为什么要选择含有电极材料金属对应的阳离子?如Zn极对应的是硫酸锌溶液,能不能是氯化铜溶液或者氯化钠溶液? 答案:如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极材料的活泼性强的话没有问题。Zn极发生的反应是Zn的溶解。但是如果比电极材料的活泼性弱的话,例如硫酸铜溶液,锌就会置换出铜,在表面形成原电池,减少供电量。使用盐桥就是为了避免这种情况,至于电解质溶液中阳离子对应的金属要跟电极材料相同那只是一个做题的技巧,具体问题具体分析就行。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,【例2】 设计原电池Zn+2Fe3+=Zn2+2Fe2+, 画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。,负极为,电极反应为。 正极为,电极反应为。 解析:根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是,首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应):Zn-2e-=Zn2+, 2Fe3+2e-=2Fe2+,然后结合原电池的电极反应特点,分析可知,该电池应该用Zn作负极材料,正极要保证Fe3+得到负极失去的电子,一般用不能还原Fe3+的材料,如Pt或石墨棒等,电解质溶液只能用含Fe3+的电解质溶液,如FeCl3溶液等,按要求形成稳定的电流,须设计成带有盐桥的原电池。,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,答案:,ZnZn-2e-=Zn2+ Pt2Fe3+2e-=2Fe2+,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,1.某原电池总反应的离子方程式为2Fe3+Fe=3Fe2+,不能实现该反应的原电池是() A.正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液 B.正极为C,负极为Fe,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液 C.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液 D.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为CuSO4溶液 解析:由2Fe3+Fe=3Fe2+得出负极反应式为Fe-2e-=Fe2+,正极反应式为2Fe3+2e-=2Fe2+,可知负极材料为铁,正极材料为比铁不活泼的导体,电解质溶液中必须有Fe3+,故D选项不能满足要求。 答案:D,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,2.控制适合的条件,将反应2Fe3+2I- 2Fe2+I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是() A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应 B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原 C.灵敏电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态 D.灵敏电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极,迁移应用,典题例解,一,二,思考探究,知识精要,解析:反应开始时,乙中反应为2I-2e-=I2,是氧化反应,甲中反应为2Fe3+2e-=2Fe2+,Fe3+被还原,A、B两项正确;灵敏电流计读数为零时,上述反应达到平衡,C项正确;达到平衡后,加入FeCl2,平衡向逆反应方向移动,此时Fe2+被氧化,I2被还原,甲中石墨为负极,乙中石墨为正极,D项错误。 答案:D,思悟升华,方法归纳,案例探究,利用原电池原理判断金属的活动性 把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线相连组成原电池。若a、b相连时,a为负极。c、d相连时,电流由d到c。a、c相连时,c极上产生大量气泡。b、d相连时,b极上有大量气泡产生,则四种金属的活动性顺序由强到弱的为() A.abcdB.acdb C.cabdD.bdca 解析:根据原电池原理,作为负极的金属的活动性比正极金属的活动性强。电子流动方向是负极流向正极,电流方向与电子流动方向相反,溶液中的H+在正极上得电子生成H2,因此可依次作出如下判断:活动性ab,cd,ac,db,综合得到结论:金属活动性顺序为acdb,所以B项正确。 答案:B,思悟升华,方法归纳,案例探究,利用原电池原理比较a、b两种金属活动性强弱的方法:将金属a和b用导线相连后插入稀硫酸或b的可溶性盐溶液中,观察到a极溶解,b极上产生气泡或质量增加,则a作负极,b作正极,即金属活动性ab。,思悟升华,方法归纳,案例探究,(1)根据原电池的正负极来判断电极材料的活动性,要注意电解质溶液对原电池正负极的影响。例如,Mg、Al、NaOH溶液构成的原电池,Al为负极;Fe(或Al)、Cu、浓硝酸构成的原电池,Cu为负极。 (2)金属性强弱的判断方法归纳。 根据金属活动性顺序。 一般来说,金属的位置越靠前,其金属性越强。 根据在元素周期表中的位置。 a.同周期元素,从左至右,随原子序数的增加,金属性减弱; b.同主族元素,从上至下,随着原子序数的增加,金属性增强。,思悟升华,方法归纳,案例探究,根据实验。 a.根据金属单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度:越易反应,则对应金属元素的金属性越强。 b.根据金属单质与盐溶液的置换反应。A置换出B,则A对应的金属元素比B对应的金属元素金属性强。 c.根据金属单质的还原性或对应阳离子的氧化性强弱:单质的还原性越强,对应阳离子的氧化性越弱,元素的金属性越强(Fe对应的阳离子是Fe2+,而不是Fe3+)。 d.根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱:碱性越强,则对应金属元素的金属性越强。 e.根据电化学原理:不同金属组成原电池时,作负极的金属活泼;在惰性电极电解池中的阴极上,先析出的金属不活泼(在电解池部分学习)。,