人教版高中化学选修四4.1 原电池 课件45张PPT

课件45张PPT。 第四章 电化学基础
第一节 原 电 池复习回顾1、原电池是____________________的装置。
原电池反应的本质是_______________反应。将化学能转化为电能氧化还原反应2、如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：Zn电极是____（填“正”或“负”）极，其电极反应为_______________，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；
Cu电极是______极，其电极反应为___________,
该反应是______反应。负Zn －2e - = Zn 2+氧化正2H+ +2e- =H2↑还原（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极是____极，其电极反应为 ，
该反应是________反应；Cu电极是____极，其电极反应为_______________,该反应_________反应.负Zn －2e - = Zn 2+氧化正Cu2+ + 2e - = Cu还原（可以）（可以）（可以）（不可以）形成条件一：
活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属
正极：较不活泼的金属、石墨等复习回顾:3.判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？形成条件二：电极需插进电解质溶液中；（可以）（不可以）形成条件三：必须形成闭合回路（不可以）一、组成原电池的条件?（1）有两种活动性不同的金属（或一 种是非金属单质或金属氧化物）作电极。 ? （2）电极材料均插入电解质溶液中。 ? （3）两极相连形成闭合电路。 ? （4）内部条件：能自发进行氧化还
原反应。二、由两个半电池组成的原电池的工作原理1、普通原电池
①外电路：电子定向移动
②在原电池的内部，阴阳离子的定向运动。eee负极：正极：阳离子阴离子（3）原电池的正负极的判断方法电子流出的极
电子流入的极——负极
——正极 较活泼的电极材料
较不活泼的电极材料——负极
——正极宏观判断：
①根据电极材料
②根据原电池电极
发生的反应
——负极
——正极发生氧化反应的极
发生还原反应的极电流流入的电极电流流出的电极③根据电极增重还是减重
④根据电极有气泡冒出： 质量增加的电极
工作后(一般)
质量减少的电极——正极
——负极工作后，有气泡冒出的电极为正极小结：原电池中失去电子的电极是负极或失去电子的物质在原电池的负极反应。
原电池中，更容易和电解质溶液反应的电极是电池的负极。 原电 池原理自发反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
Zn+2H+=Zn2++H2Zn作负极?
更活泼
失去（提供）电子
被氧化
发生氧化反应
变成Zn2+进入溶液
参与反应，电极质量减小电子只在外电路导线中移动导电，不进入溶液，
离子只在内电路溶液中移动导电，不进入导线Cu作正极?
相对不活泼
一般阳离子在表面得到电子
被还原
发生还原反应
Cu2+变成Cu附着在铜电极上
或者H+得电子变H2
电极质量增大或者有气体产生硫酸留Zn2+留Zn2+Cu2+→←SO42－↑ e-e-→e-
e-内电路溶液中阴阳离子导电：
Cu2+受正极电子吸引，并保持正极电解质溶液电中性
SO42－ 受负极Zn2+吸引，并保持负极电解质溶液电中性外电路导线中电子导电：电子从负极经导线进入正极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为 ( )
A．a > b > c > d B．a > c > d > b
C．c > a > b .> d D．b > d > c > aBa>b c>d a>c d>b 2、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是A. 铁圈和银圈左右摇摆不定
B. 保持平衡状态
C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜
D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜D再探原电 池该装置的缺点：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不在构成原电池了，也就没有电流在产生。效率低下电流不稳开路损耗再探原电 池单液原电池双液原电池如下图（书P71图4-1）所示的原电池装置，可以避免发生这种现象。你能解释它的工作原理吗？2、盐桥原电池的工作原理（2）①外电路：电子定向移动
②在原电池的内部，阴阳离子的定向运动。eee负极：正极：阳离子阴离子阳离子阴离子SO42－Zn2+e－
e－SO42－Cu2+K+盐桥工作示意图CuZnK+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－Cl－K+K+Cl－K+K+K+Cl－Cl－K+Cl－Cl－Cl－盐桥
离子库
离子导体（1）构成闭合回路。代替两溶液直接接触。（2）平衡电荷。维持溶液呈电中性。盐桥的作用：(3)一般盐桥内装有吸附饱和电解质溶液（如NH4NO3，KCl，KNO3等）的琼脂
且该电解质与两个半极反应中的电解质溶液不反应SO42－Zn2+e－
e－SO42－Cu2+K+盐桥工作示意图CuZnK+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－Cl－K+K+Cl－Cl－Cl－（2）平衡电荷。维持溶液呈电中性。盐桥的作用：在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。 由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。负极（锌片）： Zn－2e - = Zn 2+ 正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu 电池符号： Zn ︱ ZnSO4‖ CuSO4 ︱ Cu
负极 盐桥 正极eee电池总离子方程式：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu eeeMMNN（没有M活泼）或者惰性电极石墨或铂电池符号： M ︱ MSO4‖ NSO4 ︱ N（或者惰性电极如石墨和铂）
（比N活泼）
负极 盐桥 正极负极烧杯中的电解质溶液应 与负极材料具有相同的阳离子。正极材料满足导电，正极烧杯中的电解质溶液的离子发生还原反应。请根据氧化还原反应 :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+
设计成原电池。你有哪些可行方案?负极：
正极：
电解质溶液：Cu – 2e- = Cu2+ Cu失电子且可作电极，负极材料为铜2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ 比Cu不活泼的金属或石墨 Fe2(SO4 )3、FeCl3等三、原电池的设计已知氧化还原反应，找出两个电极材料（导电）和电解质溶液单液原电池设计:
负极材料：参加反应的活泼金属
正极材料:比负极不活泼的金属或惰性电极如石墨或者铂
电解质溶液：含参加反应的阳离子的可溶电解质溶液Cu
C
CuCl2
FeCl3
装置图：（Cu+ 2 FeCl3 = CuCl2+ 2FeCl2）若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。双液原电池中：负极烧杯中的电解质溶液应 与负极材料具有相同的阳离子。正极材料满足导电，正极烧杯中的电解质溶液的离子发生还原反应。（Cu+ 2 FeCl3 = CuCl2+ 2FeCl2）四、电极反应方程式的书写步骤
2、化合价降低的反应是正极反应，升高的是负极反应
首先考虑得失电子直接产物，再考虑产物与环境中微粒的后续反应，最后要满足质量守恒，电荷守恒，得失电子守恒。（若可写出两极反应，且都为离子方程式，转移电子数也相同，则可相加得总反应）1、确定总氧化还原反应离子方程式
写出自发的反应，如Mg︱ NaOH ︱ Al，则为Al参与反应；若多个自发，写先发生的反应，如Mg ︱ H2SO4︱ Al，则是Mg参与反应；若没有明显的自发反应，考虑吸氧腐蚀，如Fe ︱NaCl︱ C3、也可利用2写出简单一极，用总反应减得到另一极反应。
但总反应与简单一极反应必须同时满足：一均是离子反应方程式， 二得失电子相等。Mg︱ NaOH ︱ Al
练一练：Mg ︱ H2SO4︱ AlCu ︱ 浓HNO3︱ AlFe ︱NaCl︱ C第二节 化学电源用于“神六”的太阳能电池［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池？其中有哪些属于化学电池?你知道电池的其它应用吗？ 电池化学电池太阳能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热电转换器转变为电能的装置形形色色的电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池化学电池氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池 电池中的反应物质消耗到一定程度，就不能再次利用。 又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。 是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池。２、化学电池优点（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。（２）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。（３）易维护，可在各种环境下工作。３、判断电池优劣的标准 （１）比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（２）比功率[符号是W/kg，W/L)]指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小（3）电池的储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。一、一次电池锌锰电池、锌银电池、锂电池……1)、正负极材料1.碱性锌锰电池正极：MnO2负极：Zn2)、工作机制负极：Zn + 2OH- -2e- =Zn(OH)2正极：2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-氢氧化氧锰碱性锌锰电池构造示意图 氧化反应 还原反应电解质：KOH总反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O =2MnOOH＋Zn(OH)2多数只能一次使用，不能充电；价格较贵缺点： 比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电优点：2.锌银电池（纽扣电池）正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH－负极：Zn +2OH－ _2e- =Zn(OH)2总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO优点：电压高、稳定，低污染。3.锂电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S
负极： ；正极： 。用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S4.海水电池优点：该电池用取之不尽的海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流,只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池，用作航海标志灯已研制成功。这种海水电池的能量比“干电池”高20～50倍。负极:4Al -12e-=4Al3+
正极:3O2 + 6H2O +12e- = 12OH-
总反应为:4Al +3O2 + 6H2O=4Al(OH)3
负极材料为：Al
正极材料：石墨等能导电的惰性材料或活泼性比铝弱的金属材料二、二次电池铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池……1.铅蓄电池1）、正负极材料正极：PbO2负极：Pb2）、工作机制电解质：H2SO4溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正极：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反应 还原反应负极：①放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程②充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应阴极：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境3）、优缺点简析二、二次电池1.铅蓄电池放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正极：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反应 还原反应负极：①放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程②充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应阴极：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：（江苏高考）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：
Zn?s?＋2MnO2?s?＋H2O?l?＝Zn?OH?2?s?＋Mn2O3?s?
下列说法错误的是
A? 电池工作时，锌失去电子
B? 电池正极电极反应式为：
2MnO2?s?＋H2O?l?＋2e?＝Mn2O3?s?＋2OH??aq?
C? 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D? 外电路中每通过0?2 mol电子，锌的质量理论上减小6?5 g 答案：C三、燃料电池氢氧燃料电池，烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-固体燃料电池2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O O2 + 4e-= 2O2－ 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O ①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；
②反应产物不断排出；
③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利 于节约能源。
缺点：体积较大、附属设备较多
优点：能量转换率高、清洁、对环境好
其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别： ①燃料做负极，助燃剂氧气为正极
②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。化学电池的组成能导电的物质还原性较强的物质(多是金属电极本身)氧化性较强的物质酸溶液
碱溶液
盐溶液
或
熔融液流出电子流入电子氧化反应还原反应书写电极反应式应注意以下几点：1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；4．酸性溶液中缺氧来自水生成H+,碱性溶液缺氧来自OH-生成水；3．O2-在溶液不能独立存在，在酸性溶液中结合H+生成H2O，在碱性溶液中结合水生成OH-；负极发生氧化反应：还原剂-ne-=氧化产物正极发生还原反应：氧化剂+ne-=还原产物电极反应是指还原剂（或氧化剂）失（或得）电子后生成在溶液中稳定存在微粒的过程。5．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32－形式存在）。练习：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式为______________ _。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为 。O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 练习、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式：
，
此时电池内总的反应式 ：
。
KOH溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O课堂练习P78 习题1、2、3小结：化学电源1、一次电池2、二次电池3、燃料电池——锌锰干电池——铅蓄电池——氢氧燃料电池掌握每一类典型
电池的正负极、
电极反应；了解
每一类电池的优
缺点；对其它电
池有初步的认识减 少 污 染
节 约 资 源