高中化学第四章电化学基础4.1原电池.ppt

第四章电化学基础,第一节原电池,阅读思考,自主检测,任务一、认真阅读教材第,71,页的内容,思考回答下列问题,自主学习电流的获得。,1,.,将锌片放入,CuSO,4,溶液中,可看到铜被置换出来,为什么反应时会放出热量,但没有电流产生,?,提示,在此反应中,Zn,原子把电子直接给了在溶液中与之接触的,Cu,2+,被氧化成,Zn,2+,进入溶液,;,而,Cu,2+,在锌片上直接得到电子,被还原成,Cu(,相当于短路,所以反应时,有热量放出来,),得不到电流。,阅读思考,自主检测,2,.,为什么锌片与,CuSO,4,溶液在下图所示装置中反应,就有电流产生,?,锌铜原电池装置,阅读思考,自主检测,任务二、认真阅读教材第,71,页到第,72,页的内容,思考回答下列问题,自主学习原电池原理。,1,.,实验,4-1,的实验目的是什么,?,实验过程中,需要哪些仪器和药品,?,提示,实验目的为探究原电池工作原理,;,需要的实验用品有烧杯,(2,个,),、电流计、导线、盐桥、锌片、铜片、,ZnSO,4,溶液、,CuSO,4,溶液。,2,.,什么是盐桥,?,盐桥的作用是什么,?,提示,装有含琼脂的,KCl,溶液的玻璃弯管,;,其作用是连接两种溶液,形成通路。,阅读思考,自主检测,1,.,关于,Cu-Zn-,稀硫酸原电池中,下列说法在理论上正确的是,(,),A.Cu,为正极,有气泡产生,发生氧化反应,B.Zn,为正极,有气泡产生,发生还原反应,C.Cu,为负极,无气泡产生,发生还原反应,D.Zn,为负极,无气泡产生,发生氧化反应,答案,:,D,2,.,如图所示的装置能构成原电池产生电流的是,(,),答案,:,B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,探究问题,实验目的,:,研究原电池的工作原理。,实验装置,:,实验现象,:,有盐桥存在时,锌片不断溶解,电流计指针发生偏转,铜片不断增厚,;,取出盐桥后,电流中断,指针迅速回零。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,1,.,有盐桥时,电流计指针发生偏转,说明有电流产生,该电流是如何产生的,?,产生电流的过程中,锌片、铜片上分别发生了什么变化,?,如何用电极反应式表示这一变化,?,从氧化还原反应的角度分析,各发生了氧化反应还是还原反应,?,提示,当有盐桥存在时,在,ZnSO,4,溶液中,锌片逐渐溶解,即,Zn,被氧化,Zn,失去电子,形成,Zn,2+,进入溶液,用电极反应式表示为,Zn-2e,-,Zn,2+,;,从锌片上释放出的电子,经过导线流向铜片,;CuSO,4,溶液中的,Cu,2+,从铜片上得到电子,被还原为,Cu,并沉积在铜片上,用电极反应式表示为,Cu,2+,+2e,-,Cu;,随着反应的进行,左边烧杯的溶液中,c,(Zn,2+,),增大,右边烧杯的溶液中,c,(Cu,2+,),减小。同时,盐桥中的,Cl,-,会移向,ZnSO,4,溶液,K,+,会移向,CuSO,4,溶液,使,ZnSO,4,溶液和,CuSO,4,溶液均保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使原电池不断地产生电流。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,2,.,取出盐桥后,电路为什么会中断,?,提示,取出盐桥后,由于,Zn,失去电子成为,Zn,2+,进入溶液,使,ZnSO,4,溶液因,Zn,2+,增加而带正电,;,同时,Cu,2+,获得电子成为金属铜沉积在铜片上,使,CuSO,4,溶液因,相对增加而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断,构不成原电池。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,知识点拨,1,.,原电池,(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将化学能转化为电能。,2,.,原电池工作原理,(,以铜锌原电池为例,),重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,3,.,原电池形成的条件,(1),两个活动性不同的电极,:,活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作正极,;,(2),电解质溶液,;,(3),形成闭合回路。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,4,.,两种原电池的比较,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。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,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,ZnSO,4,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。,特别说明,:,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。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向一,原电池正负极判断及电极反应式的书写,【例题,1,】,依据氧化还原反应,:2Ag,+,(aq)+Cu(s)Cu,2+,(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。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨,判断原电池正、负极的方法,:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验,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,(),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膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案,:,C,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,考向二,原电池的设计,【例题,2,】,某原电池总反应的离子方程式为,2Fe,3+,+Fe 3Fe,2+,能实现该反应的原电池是,(,),A.,正极为,Cu,负极为,C,电解质为,FeCl,3,溶液,B.,正极为,C,负极为,Fe,电解质为,Fe(NO,3,),3,溶液,C.,正极为,Fe,负极为,Zn,电解质为,Fe,2,(SO,4,),3,溶液,D.,正极为,Ag,负极为,Fe,电解质为,CuSO,4,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,然后根据原电池的构成条件确定正、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,Fe,3+,的盐溶液,所以,B,项正确。,答案,:,B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,规律方法点拨,(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,还原剂在负极上发生反应,氧化剂在正极上发生反应。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,成功体验,2,利用反应,Zn+2FeCl,3,ZnCl,2,+2FeCl,2,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,。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案,:,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,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,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,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,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,3,.,下列装置可以形成原电池的是,(,),解析,:,选项,B,中两电极材料相同,;,选项,C,中乙醇为非电解质,;,选项,D,中没有构成闭合回路。只有选项,A,符合原电池的构成条件。,答案,:,A,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,4,.,用铜片、银片、,Cu(NO,3,),2,溶液、,AgNO,3,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,实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作,将铜片浸入,AgNO,3,溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同,A.,B.,C.,D.,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案,:,B,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,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,。,(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,H,2,SO,4,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,(H,2,SO,4,)=,(,设溶液体积不变,),。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,解析,:,产生,0.075,mol,H,2,通过,0.075,mol2=0.15,mol,电子,消耗,0.075,mol,Zn,和,0.075,mol,H,2,SO,4,。所以,m,(Zn,)=0.075,mol65,gmol,-1,=4.875,g,N,(e,-,)=0.15,mol6.0210,23,mol,-1,=9.0310,22,c,(H,2,SO,4,)=,(2),由,Cu,极流向,Zn,极,(3)4.875,9.0310,22,1.5 molL,-1,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,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,:2FeCl,3,+Cu 2FeCl,2,+CuCl,2,。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。,重点难点探究,重要考向探究,随堂检测,答案,:,原电池设计如下图,