化学人教版（2019）选择性必修第一册 4.1.2原电池的设计与应用 课件(共34张PPT)

(共34张PPT)
第四章 化学反应与电能
第一节　原电池
第2课时　原电池的设计与应用
二、原电池的设计
从理论上讲,能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池,实际设计时应注意以下几点:
1.外电路
负极(还原性较强的物质) 正极(氧化性较强的物质)。
2.内电路
将两电极浸入电解质溶液中,阴、阳离子作定向运动。
3.闭合回路
负极
正极
4.电极材料的选择
电池的电极必须导电。负极一般是活泼的金属材料,能够与电解质溶液反应，容易失去电子。正极一般选用活泼性比负极差的金属材料或石墨等惰性电极。
①活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极
②金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极
③金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极
④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt
5.电解质溶液的选择
电解质溶液是为正极提供放电的物质，因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。
例如：在锌、铜和稀硫酸构成的原电池中，锌极应置于ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2等溶液中；正极材料置于稀硫酸中，稀硫酸还可以换成盐酸。
再如：在锌、铜和硫酸铜构成的原电池中，锌极应置于ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2等溶液中；正极材料置于硫酸铜溶液中。
设计步骤
1、先将已知能自发进行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，找出正负极材料及电解质溶液
3、组成闭合回路
原电池的设计思路 ——“两极一液一连线”
4、按要求画出原电池装置图
设计盐桥原电池的思路：
Zn+2Ag+=Zn2++2Ag
还原剂和氧化产物为负极的半电池
氧化剂和还原产物为正极的半电池
根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液
外电路用导线连通，可以接用电器
内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路
画出装置示意图
Fe – 2e- = Fe2+
Cu2+ + 2e- = Cu
例题：请结合组成原电池的条件:Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+的反应原理，设计一个能产生持续稳定电流的原电池装置，并写出两个电极上的电极反应。
正极：
负极：
练习1：依据氧化还原反应：2Ag+ +Cu = Cu2++2Ag
设计的原电池如右图所示。
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，电极反应为_________；
X电极上发生的电极反应为 ；
（3）外电路中的电子是从_____电极流向______电极。
盐桥
X
Y溶液
A
CuSO4溶液
电流计
Ag
铜
AgNO3溶液
正
Cu-2e-=Cu2+
2Ag+ +2e-=2Ag
Cu
Ag
练习2：一个完整的氧化还原反应可以拆分，写成两个“半反应”式，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。如氧化还原反应：2FeCl3 + Cu = 2 FeCl2 + CuCl2，
（1）可以写成：氧化反应：_____________
还原反应：_____________
（2）请将此反应设计成带盐桥的原电池，
画出装置图
盐桥
Cu
FeCl3溶液
A
CuCl2溶液
电流计
C
Cu－2e－＝Cu2+
2Fe3++2e－＝2Fe2+
练习3：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（ ）
C
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(SO42-)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
设计原电池的步骤
首先确定反应必须是能自发进行的氧化还原反应。
正负极材料的选择：根据氧化还原反应关系找出正、负极材料，若反应中有金属单质，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或可到店的非金属（如石墨等）作为正极；若反应中没有金属单质，一般用石墨作电极
电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如溶解于溶液中的空气）。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液选择与电解材料相同的阳离子。
注：若负极材料为参与电极反应，参与反应的是两种电解质，则两种电解质溶液分别置于两个容器中，一般用石墨做电解，中间用盐桥连接。
1．形成原电池，可以加快氧化还原反应的速率
三、原电池工作原理的应用
如：如实验室用Zn和稀硫酸反应制H2,常用粗锌,它产生H2的速率大。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池,增大了锌与稀硫酸的反应速率,使产生H2的速率增大。
下列制氢气的反应速率最快的是（ ）
C.粗锌和 1mol/L 盐酸；
A.纯锌和1mol/L 硫酸；
B.纯锌和18 mol/L 硫酸；
D.粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
D
2．比较金属活动性强弱
例题：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（ ）
C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强。
C
练习1：把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。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上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为 （ ）
A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞d＞b
C．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a
B
练习2. X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示:
则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为
________________
Z>Y>X>W
3、设计化学电源
寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源
4、保护金属设备：被保护金属作正极
将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。
利用原电池原理设计新型化学电池
5.解释某些化学现象
例题：在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计）
0.2
解得：
y ＝0.015 (mol)
x ＝0.015 (mol)
＝
＝3.75× 10﹣ 4(mol/L )
∴pH ＝-lg3.75 ×10－4
＝4 -lg3.75
答：……
－0.015
根据电极反应：
正极：
负极：
Zn－2e-＝Zn2+
2H++2e- ＝H2↑
得：
2 2 22.4
x y 0.168
解：
0.2×0.125×2
c(H+)余
∴
2H+ —— 2e——H2↑
大
0.015
(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。 (　　)
(2)原电池正极发生氧化反应,负极发生还原反应。 (　　)
(3)不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池装置可以实现。 (　　)
(4)石墨棒不能用来作原电池的电极。 (　　)
(5)反应Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+能以原电池的形式来实现。 (　　)
(6)NaOH+HCl=NaCl+H2O可自发进行,可设计成原电池。 (　　)
(7)Zn-Cu-稀硫酸原电池中,正极“半电池”可为Cu-稀硫酸,负极“半电池”可为Zn-ZnSO4溶液。 (　　)
(8)CaO＋H2O===Ca(OH)2是放热反应，可设计成原电池。 ( )
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
√
√
√
×
×
×
×
×
A
B
C
D
E
F
M
N
2.下列哪几个装置能形成原电池？
O
V
X
V
V
X
X
X
X
V
3.判断能构成原电池？不能理由？能，指出正负极名称，写出电极反应式和电池总反应
①
②
③
(×)
(×)
(∨)
2H++2e-＝H2↑
负极：
总反应：
正极：
Zn－2e-＝Zn2+
Zn+2H+＝Zn2++H2↑
⑤
④
(∨)
(∨)
负极：
正极：
总反应：
正极：
负极：
总反应：
Zn－2e- ＝Zn2+
2H++2e- ＝H2↑
Zn+2H+＝Zn2++H2↑
Fe－2e - ＝Fe2+
Cu2++2e- ＝Cu
Fe+Cu2+＝Fe2++Cu
Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4
⑦
⑥
(×)
(∨)
负极：
正极：
总反应：
Zn－2e-＝Zn2+
Cu2++2e-＝Cu
Zn+Cu2+＝Zn2++Cu
或 Zn+CuSO4＝ZnSO4+Cu
⑧
⑨
(×)
(∨)
负极：
正极：
总反应：
Fe－2e- ＝Fe2+
2H++2e-＝H2↑
Fe+2H+＝ Fe2++H2↑
或 Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑
4．关于下图所示的原电池，下列说法正确的是(　　)
A．电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C．锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，电极反应是2H＋＋2e－===H2↑
D．取出盐桥后，电流表仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变
解析:锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。
A
5．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)
①　　　 ②　　　 ③　　　 ④
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B
　解析:②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应，失去电子，故Al作负极，③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓硝酸反应失去电子，故Cu作负极，A、C项错误；②中电池总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO2－＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B项正确；④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。
B
6．为了避免锌片与Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如下装置。
(3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO42－向________移动，硫酸铜溶液中SO42－向________移动。
(4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过________移动来导电的。在工作时，K＋移向________。
按要求完成以下填空：
(1)此装置工作时，可以观察到的现象是___________________，
电池总反应式为________________________________。
(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成____________，铜和铜盐溶液组成____________，中间通过盐桥连接起来。
电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu　
锌半电池
铜半电池
锌电极
盐桥
离子
正极区(CuSO4溶液)
7．市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。
“热敷袋”是利用 放出热量。
2)炭粉的主要作用是 。
3)加入氯化钠的主要作用是 。
4)木屑的作用是 。
铁被氧化
与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化
氯化钠溶于水、形成电解质溶液
使用“热敷袋”时受热均匀
8．如图所示（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。
两极反应式为：正极 ；
负极 。
该装置将 能转化为 能。
（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，
则负极为 ，
总反应方程为 。
镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；
2H++2e—=H2↑
Mg－2e—=Mg2+
化学能
电能
Al
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑