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人教版选修4 第四章第一节《原电池》有配套教案_图文

人教版选修4 ·化学反应原理

第四章 电化学基础
第一节 原电池

2013年3月12日 星期二

阅读教材P70

回答

1、电化学: 研究化学能与电能相互转换
的装置、过程和效率的科学

2、从反应产物与电流的关系分类:
①产生电流的反应→原电池 ②借助电流而发生的反应→电解池

复习回顾 将化学能转化为电能 1、原电池是____________________的装 氧化还原 置。本质是__________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___极,其电极反应为 负 _____________,该反应是 Zn-2e- = Zn2+ 稀H2SO4 氧化 正 ____反应;Cu电极是_____极, 2H++2e-=H2↑ 其电极反应为___________,该反应 还原 是_____反应。
【视频-原电池】

复习回顾 2、如右图所示,组成的原电池: (2)当电解质溶液为CuSO4溶 负 液时: Zn电极是____极, Zn-2e- =Zn2+ 其电极反应为_____________, CuSO4溶液 氧化 该反应是________反应;Cu电 正 极是____极,其电极反应为____ 2+ 还原 Cu +2e =Cu ____________,该反应_____反应.

原电池原理
外电路
失e,沿导线传递,有电流产生

氧化反应

还原反应

负极
Zn-2e=Zn2+
阴离子

铜锌原电池 正极
Cu2++2e- =Cu
阳离子

阳离子 电解质

溶液

内电路

电 负极: Zn-2e- =Zn2+ (氧化反应) 极 正极:Cu2++2e- =Cu (还原反应) 反 (离子方程式) 总反应: Zn+Cu2+=Zn2++Cu 应 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu (化学方程式)

一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究 问题:1、右图的原电池,如果用 它做电源,不但效率低,而且短时 间内电流就会衰减,因此不适合 实际应用.这是什么原因造成的 呢?

稀H2SO4

主要原因:在铜极上很快聚集了许多 氢气泡,把铜极跟稀硫酸逐渐隔开, 增加了电池的电阻,使电流不能畅通。

2、若电解质为CuSO4溶液,同 样效率低, 短时间内电流就会 衰减, 不适合实际应用. 造成的 原因呢?

CuSO4

原因:Cu2+在锌片上还原成Cu,把锌片跟 Cu2+隔开, Cu造成短路,有热量放出来,得不 电流.P71 3、为了避免发生这种现象,有没有什么改 进措施? 【视频实验4—1】 把氧化反应和还原反应分开,增加盐桥

此电池的优点:能产生持续、稳定的电流。 盐桥制法:1)将热的琼胶溶液倒入U形管中 (注意不要产生裂隙),将冷却后的U形管浸泡 在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。 2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管, 用棉花都住管口即可。

实验探索

实验三(P71页实验4-1) 实验现象: 有盐桥存在时电流计指针发 生偏转,即有电流通过电路
取出盐桥,电流计指针即回到零点,说明没 有电流通过。 思考:改进后的装置为什么能够持续、稳定 的产生电流?盐桥在此的作用是什么? 阅读P72 第三段

盐桥的作用: (1)整个装置构成通路,代替两溶液直接接触

(2)平衡电荷
Zn失e—生成的 Zn2+进入ZnSO4, 溶液因Zn2+增多 而带正电荷

由于Cu2+变为 Cu,使得SO42相对较多,溶液 而带负电荷

结果:溶液不显电中性,这两种因素均会阻止 电子从锌片流向铜片,造成电流中断

盐桥的作用: 阴离子Cl-向 ZnSO4溶液 扩散和迁移, 中和过剩的 电荷,保持溶 液的电中性

阳离子K+向 CuSO4溶液 扩散和迁移, 中和过剩的 电荷,保持溶 液的电中性

结果:放电不间断地进行,直到锌片全部溶解 (或 Cu2+几乎完全沉淀下来)

注意:若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉 淀,可用NH NO 代替KCl作盐桥

思考: 1、上述原电池装置是将什么反应的 化学能转换成电能的? 锌置换铜反应 2、指出电池的正负极,并写 出负极和正极的电极反应式 以及总反应方程式。 2+ 氧化反应 负极(锌片): Zn-2e =Zn 正极(铜片): Cu2+ +2e-=Cu 还原反应 2+ 2+ 总化学方程式: Zn+Cu =Zn +Cu

电池符号:Zn︱ZnSO4‖CuSO4︱Cu 负极 盐桥 正极

二、由两个半电池组成原电池的工作原理
(1)把氧化反应和还原反应分开在不同区 域进行,再以适当方式连接,可以获得电流 ①用还原性较强的物质作为负极,负极向外 电路提供电子;

用氧化性较强的物质作为正极,正极从外 电路得到电子。
②在原电池的内部,在电解质溶液中,并通 过阴阳离子的定向运动而形成内电路 阴离子移向负极

阳离子移向正极

(2)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

思考:实验探究形成原电池的条件

(可以)

(可以)

(可以)

形成条件一: 活泼性不同的两个电极

(不可以) 负极:较活泼的金属 正极:较不活泼的金属、石墨等

实验探究形成原电池的条件

(可以)

(不可以)

形成条件二:电极需插进电解质溶液中

实验探究形成原电池的条件

可以

(不可以)

形成条件三:必须形成闭合回路

思考:1、下列哪几个装置能形成原电池?
Zn Cu

Fe

Cu

Zn

Zn

Fe

Cu

A

B

C
H2SO4

D
H 2 SO 4
NaCl溶液


Zn

H2SO4



X
Cu
Zn Cu



Cu

Zn

Cu

E

F

M
酒精
H2SO4 H2SO4

N



Cu S O 4

X

X

H 2SO 4



2.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+= Zn2++Cu,该反应的的原电池正确组合是( C )

A 正极 负极 Zn Cu

B Cu Zn

C Cu Zn

D Fe Zn

电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl

三、原电池的设计
1、电解质溶液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
2、电极(电极必须导电) ①活泼性不同 的两种金属。 ②金属和非金属(石墨)。 ③金属和化合物(PbO2 ) ④惰性电极(Pt)

练习:请根据氧化还原反应:Cu +2Fe3+= Cu2++2Fe2+ ,设计成原电池。你有 哪些可行方案?
负极: Cu Cu – 2e- = Cu2+ 正极: 比Cu不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ 电解质溶液: Fe2(SO4 )3、FeCl3等

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

四、电极方程式的书写方法
①先写出总反应,后拆成离子方程式 ②根据化合价升降判断正负极,并判断 电极产物(要考虑能否与电解质溶液反应)

③根据“得电子显负电;失电子显正电”
利用“电荷守恒”,用H+、OH-和水 配平电极方程式 ④正极反应+负极反应=总反应

1、写出右边原电池的电极方程式 总反应方程式: 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 拆成离子方程式: 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 根据化合价升降判断正负极 负极:Al,失e- 2Al- 6e-= 2Al3+ 2Al3++8OH-=2AlO2-+4H2O 负极总反应:2Al +8OH--6e-=2AlO2-+4H2O 正极:总反应-负极反应 6H2O+6e-=6OH—+3H2↑

2.燃料电池电极方程式的写法 总反应: 实际上就是燃料的完全燃烧 负极(燃料):为燃料失e—的氧化反应 正极(氧化剂):为氧化剂得e—的还原反应 例:Pt为电极,电解质溶液为 KOH溶液的 甲醇燃料电池 总反应方程式: 2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O
拆成离子方程式: 2CH3OH+3O2+4OH—=2CO32 +6H2O


(+)3O2+12e-+6H2O=12OH— (-)2CH3OH+16OH—–12e-=2CO32-+12H2O 3.银锌电池(电解质为KOH)的电池总反应为: Zn+Ag2O=ZnO+2Ag 写出其正、负极 反应 负极: Zn-2e- +2OH- =ZnO +H2O

正极: 2O+2e-+H2O =2Ag +2OH- Ag

五、原电池的主要应用:
1.利用原电池原理设计新型化学电池; 2.改变化学反应速率,如实验室用粗锌与 硫酸反应制取氢气;

3.进行金属活动性强弱比较;
4.电化学保护法,即将金属作为原电池的 正极而受到保护。如在铁器表面镀锌 5.解释某些化学现象


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