資源簡介

(共39張PPT)
章
四
第
化學反應與電能
第1節
原電池
第1課時
原電池的工作原理
思考1：伏打電池的發明源于一個有趣的生物實驗：在死去的青蛙腿上同時插入用導線連接著兩種不同材料的電極，青蛙腿就像觸電似的痙攣起來。
你知道其中的奧妙嗎？
思考2 張奶奶自從鑲了兩顆假牙（一顆金牙、一顆鋼牙）后，經常頭痛失眠，這是為什么？
蛙腿痙攣和鑲假牙，這兩種現象都是由電流引起的，那么這里的電流是如何產生的？
思考與討論
普通干電池
手機電池
筆記本電腦
專用電池
“神七”用
太陽能電池
鉛蓄電池
思考與討論
一、原電池
1、概念：
將化學能轉化成電能的裝置叫做原電池。
理解：
①外形－－無外加電源
②自發的氧化還原反應才可能被設計成原電池
講授新課
Cu
Zn
稀硫酸
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn－2e- = Zn2+
負極
正極
2H+ + 2e-=H2↑
總反應式:
Zn+2H+= Zn2++H2↑
負
正
氧化反應
還原反應
現象：
A
原電池工作原理
陽離子
陰離子
正極
負極
鋅棒溶解，銅棒上有氣泡
講授新課
負極
正極
Zn-2e-=Zn2+
2H+ +2e-=H2↑
還原劑(Zn)失去電子，發生氧化反應
氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發生還原反應
還原劑失去的電子從鋅極流出
流入銅極
經外電路
Zn2+
H+
SO42-
電流方向
電解質中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動
1. 原電池工作原理
講授新課
2、構成原電池的條件
（1）必須自發進行氧化還原反應；
（3）兩個電極必須插入電解質溶液中或熔融的電解質中；
（4）兩個電極必須相連并形成閉合回路。
（2）必須有兩種活潑性不同的導電材料作電極；
兩種活潑不同的金屬。
一種金屬與一種非金屬（如石墨）。
兩電極都是其它材料。
電極材料
兩極一液成回路，氧化還原是中心
講授新課
判斷下列裝置能否構成原電池
（可以）
（可以）
（可以）
（不可以）
結論
原電池形成條件一：活潑性不同的兩個電極
講授新課
某金屬能跟稀鹽酸作用發出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負極，此金屬是( )
A.Mg B.Fe
C.Al D.Cu
B
隨堂小練
判斷下列裝置能否構成原電池
（可以）
（不可以）
結論
原電池形成條件二：電極插在電解質溶液中
講授新課
判斷下列裝置能否構成原電池
（不可以）
可以
結論
原電池形成條件三：必須形成閉合回路
講授新課
A
B
C
D
E
F
M
N
下列哪幾個裝置能形成原電池？
O
V
X
V
V
X
X
X
X
V
隨堂小練
下列關于原電池的敘述中，正確的是（ ）
A．把電能轉化為化學能，發生氧化還原反應
B．外電路中電子從負極流向正極
C．電子從活潑金屬流向不活潑金屬，不活潑金屬為負極
D．正極發生氧化反應
B
隨堂小練
單液原電池
H2SO4 溶液
A
按此方法設計的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍長電流就很快減弱，因此不適合實際應用。這是什么原因造成的呢？
主要原因：負極與陽離子直接接觸
【說明】由于裝置中Cu2+與Zn直接接觸，Zn失電子后， Cu2+可以直接在鋅片上得到電子，所以這種原電池的效率不高，電流在短時間內就會衰減。
講授新課
鋅半電池
銅半電池
電極反應：
負極：
正極：
總反應：
Cu2++2e- =Cu
Zn－2e- =Zn2+
Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu
鋅銅原電池（鹽橋）
ZnSO4溶液
Cu
Zn
CuSO4溶液
鹽橋
[雙液原電池（帶鹽橋）]
講授新課
ZnSO4溶液
H2SO4溶液
Zn
Cu
A
鹽橋中一般裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的膠凍;
膠凍的作用是防止管中溶液流出;
K+和Cl-能在膠凍內自由移動。
鹽橋
講授新課
　　　
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
鹽橋工作示意圖
Cu
Zn
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
Cl－
K+
K+
Cl－
K+
K+
K+
Cl－
Cl－
K+
Cl－
Cl－
Cl－
講授新課
由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴散和遷移，陽離子K+則向CuSO4溶液擴散和遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用不間斷地進行，一直到鋅片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質溶液與KCl溶液反應產生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。
在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋，Zn失去電子形成的Zn2+進入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時，CuSO4則由于Cu2+變為Cu，使得SO42-相對較多而帶負電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。
講授新課
從而持續穩定的產生電流。提高了能量轉換率
2. 保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉移
3. 溝通內電路傳導離子，使之成為閉合回路
1. 平衡電荷，使連接的兩溶液保持電中性
鹽橋的作用
講授新課
用銅片、銀片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的U型管）構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是（ ）
①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極
②正極反應為：Ag++e- =Ag
③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續工作
④將銅片浸入AgNO3溶液中發生的化學反應與該原電池反應相同
A． ①② B．②③ C．②④ D．③④
C
隨堂小練
正、負極的判斷
根據電子流動方向
電子流出的極
電子流入的極
——負極
——正極
陰離子移向的一極
陽離子移向的一極
根據離子流向
微觀判斷
——負極
——正極
講授新課
發生氧化反應的極
發生還原反應的極
④根據電極有氣泡冒出
——負極
——正極
質量增加的電極
工作后
質量減少的電極
——正極
——負極
工作后，有氣泡冒出的電極為正極
較活潑的電極材料
較不活潑的電極材料
—負極
—正極
①根據電極材料
宏
觀
判
斷
②根據原電池電極發生的反應
③根據電極質量的變化
講授新課
判斷電極時，不能簡單地依據金屬的活動性順序來判斷，要看反應的具體情況。如：
(1)Al在強堿溶液中比Mg更易失電子，Al作負極、Mg作正極。
(2)Fe、Al在濃HNO3中鈍化后，比Cu更難失電子，Cu作負極、
Fe、Al作正極。
特別提醒
1. 比較金屬活動性強弱
對于酸性電解質，一般是負極金屬的活動性較強，正極金屬的活動性較弱。
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的反應速率快。
例如：實驗室制取氫氣時，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應速率快；或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產生氫氣的速率加快。
原電池原理的應用
講授新課
3. 設計化學電池
(1)理論上，任何自發的氧化還原反應都可以設計成原電池。
(2)外電路：還原性較強的物質在負極上失去電子，氧化性較強的物質在正極上得到電子。
(3)內電路：將兩電極浸入電解質溶液中，陰、陽離子作定向移動。
原電池的設計思路 ——“兩極一液一連線”
講授新課
下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是（ ）
C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極
A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲上有H2氣放出
B.在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多
D.同價態的陽離子，甲比乙的氧化性強
C
隨堂小練
把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為 ( )
A．a > b > c > d B．a > c > d > b
C．c > a > b > d D．b > d > c > a
B
隨堂小練
X、Y、Z、M、N代表五種金屬。有以下化學反應：①水溶液中，X+Y2+=X2++Y ；②Z+2H2O(冷)=Z(OH)2+H2↑ ；③M、N為電極與N鹽溶液組成原電池，電極反應為M-2e-=M2+；④Y可以溶于稀硫酸,中，M不被稀硫酸氧化，則這五種金屬的活動性由弱到強的順序是( )
A．M＜N＜Y＜X＜Z B.N＜M＜X＜Y＜Z
C．N＜M＜Y＜X＜Z D.X＜Z＜N＜M＜Y
C
隨堂小練
下列制氫氣的反應速率最快的是（ ）
A.純鋅和1mol/L 硫酸
B.純鋅和18 mol/L 硫酸
C.粗鋅和 1mol/L 硫酸
D.粗鋅和1mol/L 硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液
D
隨堂小練
原電池的設計
設計中需要關注的問題：
1、有一個自發進行的氧化還原反應
2、要有電極材料
3、電解質溶液
4、組成閉合回路
5、裝置
講授新課
設計鹽橋原電池的思路：
還原劑和氧化產物為負極的半電池
氧化劑和還原產物為正極的半電池
Zn+2Ag+=Zn2++2Ag
根據電極反應確定合適的電極材料和電解質溶液
外電路用導線連通，可以接用電器
內電路是將電極浸入電解質溶液中，并通過鹽橋溝通內電路
畫出裝置示意圖
講授新課
利用反應Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，設計出兩種原電池，畫出原電池的示意圖，并寫出電極反應方程式。
(+)
(-)
G
Zn
Pt
FeCl3溶液
負極(Zn)：
Zn-2e-=Zn2+ （氧化反應）
正極(Pt或C)：
2Fe3++2e-=2Fe2+ （還原反應）
(+)
(-)
ZnCl2溶液
FeCl3溶液
鹽橋
G
Zn
C
負極（Zn）：
Zn-2e-=Zn2+ （氧化反應）
正極（Pt或C）：
2Fe3++2e-=2Fe2+ （還原反應）
隨堂小練
一個電池反應的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2++Cu,該反應的的原電池正確組合是（ ）
A B C D
正極 Zn Cu Cu Fe
負極 Cu Zn Zn Zn
電解質溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
C
隨堂小練
①判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極反應式。
Cu C
FeCl3溶液
負極： Cu 失電子 Cu - 2e- = Cu2+
正極： Fe3+得電子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
A
Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2
先寫出總反應：即負極與電解質溶液反應
拆成離子方程式：
Cu + 2Fe3＋ = Cu2＋ + 2Fe2＋
根據化合價升降判斷正負極
電極方程式的書寫
1.簡單原電池電極方程式的寫法
講授新課
②請寫出右邊原電池的電極方程式。
總反應方程式：
負極：Al，失e-
2Al - 6e－ ＝ 2Al3+
2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O
負極總反應： 2Al +8OH- －6e－ ＝2AlO2- + 4H2O
正極：總反應－負極反應
6H2O ＋6e－ ＝6OH—＋ 3H2↑
Mg Al
NaOH溶液
A
拆成離子方程式：
2Al + 2OH－ + 2H2O = 2AlO2－ + 3H2↑
根據化合價升降判斷正負極
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
講授新課
由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質溶液的 pH( )
A.不變 B.先變大后變小
C逐漸變大 D.逐漸變小
C
隨堂小練
１、定義:
原電池
把化學能轉化成電能的裝置。
2、原電池的工作原理
3、原電池工作原理的應用
總結歸納
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