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2014年高二化学人教版选修四同步课件第四章《电化学基础》第1节《原电池》复习课件(34张ppt)


第四章

电化学基础

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第一节

原电池

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课前预习导学
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学习目标 1.体验化学能与电能相互转化 的探究过程; 2.使学生进一步了解原电池的 工作原理和构成

原电池的条 件; 3.能够写出电极反应和电池反 应 重点难点 1.通过设计铜锌原电池两种方案的 对比 , 加深对原电池工作原理的理 解; 2.熟悉电极反应书写的注意事项; 3.能根据提供的氧化还原反应设计 简单的原电池

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预习导引
1.原电池是将化学能转变为电能的装置。原电池反应的本质是 氧化还原反应。如图所示。

预习交流 1
盐桥的作用是什么? 答案:(1)使整个装置构成闭合电路。
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(2)平衡电荷。 当右边烧杯电解质溶液为稀硫酸时:Zn 电极是负(填“正”或“负”) 极,其电极反应为 Zn-2eZn2+,该反应是氧化(填“氧化”或“还原”, 下同)反应;Cu 电极是正极,其电极反应为 2H++2e是还原反应。 H2↑,该反应

预习交流 2
当右边烧杯电解质溶液为 Cu(NO3)2 溶液时,还能否构成原电池? 若能,请你写出正极、负极材料的名称、电极反应。 答案:能;Zn 电极是负极,其电极反应为 Zn-2eZn2+,该反应是 氧化反应;Cu 电极是正极,其电极反应为 Cu2++2eCu,该反应是 还原反应。
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2.原电池电极及电极反应特点: (1)负极是电子流出的一极,通常是活泼性较强的金属或某些还 原剂,电极被氧化,发生氧化反应。 (2)正极是电子流入的一极,通常是活泼性较差的金属或非金属 导体,一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着 物被还原,发生还原反应。

预习交流 3
对原电池而言正、负极是如何规定的呢? 答案:电子流出的一极规定为负极,电子流入的一极规定为正极。

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课堂合作探究
问题导学
1.原电池形成的条件 活动与探究 1
构成原电池的条件

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问题一:下列图示的装置可以产生电流的是①②③。

发现一:活泼性不同的两个电极。
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问题二:下列图示的装置可以产生电流的是⑤。

发现二:电极需插进电解质溶液中。

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问题三:下列图示的装置可以产生电流的是⑦。

发现三:必须形成闭合回路。

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思考与交流 通过上述分析,你能总结出原电池形成的条件吗? 答案:(1)活泼性不同的两电极;(2)电解质溶液;(3)形成闭合回路 (导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液;(4)自发的氧化还原反 应(本质条件)。

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(1)形成闭合回路的方式有多种,可以是导线连接两个电极,也可 以是两电极直接接触。如下图:

(2)原电池中,电极材料可能与电解质反应,也可能与电解质不反 应。如下图:

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2.对锌铜原电池工作原理的进一步探究 活动与探究 2
(1)提出问题:下图是原电池,如果用它作电源,不但效率低,而且 时间稍长电流就会减弱,因此不适合实际应用。 这是什么原因造成的 呢?有没有什么改进措施?

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答案:造成的主要原因:由于锌片与硫酸铜溶液直接接触,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,不再构成原电池了,也就没有电流再产生。

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(2)为了避免发生这种现象,设计如下图所示的原电池装置,你能 解释它的工作原理吗? 改进后的装置为什么能够持续、稳定地产生电流?盐桥的作用 是什么?

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答案: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 溶液则由于 Cu2+变为 Cu,使得 SO4 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 Cl向 ZnSO4 溶液扩散和迁移,K+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。盐桥的作 用:盐桥起着平衡溶液电荷,构成回路,提高原电池工作效率的作用。
2-

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思考与交流 通过铜锌原电池的研究,请你归纳原电池工作时两极所发生的 反应及离子移动方向。 答案:

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利用原电池的工作原理,判断原电池的负极与正极。
判定依据 物理学 研究 现象 电极材料 化学 本质 电子流向 离子流向 电极现象 电极反应类型 电极反应 电池总反应 负极 正极 电子流出 电子流入 阴离子流入 阳离子流入 电极减轻 电极增重或产生气体 活泼金属 不活泼金属或非金属 氧化反应 还原反应 M-neMn+ Nm++meN mM+nNm+ mMn++nN

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特别提醒 判断电极时,不能简单地依据金属的活泼性来判断,要看反应的 具体情况,如:①Al 在强碱性溶液中比 Mg 更易失电子,Al、Mg 和强 碱溶液构成原电池时 Al 作负极,Mg 作正极;②Fe、Al 在浓硝酸中钝 化后,比 Cu 等金属更难失电子,Cu 等金属作负极,Fe、Al 作正极。

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3.原电池电极反应的书写 活动与探究 3
写出图中两个原电池的电极反应和电池总反应。

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答案:(1)负极:Fe-2eFe2+; 正极:Cu2++2eCu; 总反应:Fe+Cu2+ Fe2++Cu。 (2)负极:Fe-2eFe2++H2↑。 Fe2+;正极:2H++2eH2↑;总反应:Fe+2H+

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思考与交流 通过(1)(2)两个原电池电极反应的书写,归纳电极反应书写的一 般步骤。 答案:(1)列物质,标得失 按照负极发生氧化反应,正极发生 还原反应,判断出电极反应产物,找出得失电子的数量。 (2)看环境,配守恒 电极产物在电解质溶液的环境中,应能稳 定存在,如碱性介质中生成的 H+应让其结合 OH-生成水。电极反应 要依据电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等加以配平。 (3)两式加,验总式 两电极反应相加,与总反应离子方程式对 照验证。

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题目给定总反应的复杂电极反应的书写 (1)分析化合价,确定电极反应物与产物,按照负极发生氧化反应, 正极发生还原反应的原理,写出正、负电极的反应物与产物。 (2)在电极反应的左边写出得失电子数,使电荷守恒。 (3)根据质量守恒配平电极反应。

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当堂检测
1.根据原电池的有关知识,下列反应不能用于设计原电池的是( A.2H2+O2 2H2O B.2CH3OH+3O2 C.Zn+2HCl 2CO2+4H2O ZnCl2+H2↑ )

D.NaOH+HCl NaCl+H2O 解析:原电池反应必须是自发的氧化还原反应,选项 D 是非氧化还原 反应,故它不可以用于原电池反应。 答案:D

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2.下图中能组成原电池,产生电流的是(

)

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解析:A、 D 两项中电极与电解质溶液之间不发生反应,不能构成原电 池。 B 项符合原电池的条件,且 Zn 能与 H2SO4 溶液反应,两电极发生 的反应分别是 Zn-2eZn2+,2H++2eH2↑。 C 项中酒精不是电

解质,故不能形成原电池。 答案:B

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3.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间, 以下叙述正确的是( )

A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极 C.两烧杯中溶液的 pH 均增大 D.产生气泡的速率甲比乙慢

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解析:乙烧杯中锌与铜没有接触,不能构成原电池,但锌可以与稀硫酸 直接反应,放出 H2。甲烧杯中铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸 中形成了原电池,由于金属活动性 Zn 大于 Cu,所以锌为负极,铜片上 有 H2 放出,加快了锌的溶解,故只有 C 项正确。 答案:C

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4.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是(

)

A.正极反应为:Zn-2eZn2+ B.电池反应为:Zn+Cu2+ Zn2++Cu C.在外电路中,电流从负极流向正极 D.盐桥中的 K+移向 ZnSO4 溶液

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解析:Zn 是原电池的负极,故 A 错误;原电池总反应与没有形成原电 池时的氧化还原反应相同,故 B 正确;根据闭合回路的电流方向,在外 电路中,电流由正极流向负极,因电子流向与电流的方向相反,即电子 由负极流向正极,故 C 错误;在溶液中,阳离子向正极移动,故 D 错误。 答案:B

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5.(1)下列装置属于原电池的是



(2)在选出的原电池中, 是负极,发生 是正极,该极的现象是 。 (3)此原电池反应的化学方程式为

反应, 。

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解析:(1)构成原电池的条件:两个活动性不同的电极;电解质溶液;形 成闭合回路;自发进行的氧化还原反应。根据此条件知,⑤属于原电 池。 (2)(3)在⑤中,Fe 为负极,发生氧化反应,Cu 为正极,发生还原反应, 表面有气泡冒出,反应实质为 Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑。

答案:(1)⑤ (2)Fe 氧化 Cu Cu 表面有气泡产生 (3)Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑

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6.依据氧化还原反应: 2Ag++Cu Cu2++2Ag,设计的原电池如下图所示。

请回答下列问题: (1)电极 X 的材料是 ;Y 是 ; (2)银电极为电池的 极,发生的电极反应 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。
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解析:(1)由电池反应 2Ag++Cu Cu2++2Ag 可知,电极材料 X 应为 Cu,Y 为 AgNO3 溶液;(2)银电极为正极,发生的电极反应为:Ag++eAg;X 电极上发生的电极反应为:Cu-2eCu2+;(3)外电路上电 子是从 Cu 电极(负极)流向 Ag 电极(正极)。 答案:(1)Cu AgNO3 溶液 (2)正 Ag++eAg Cu-2eCu2+ (3)Cu Ag

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