电化学基础PPT

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新课标人教版选修四化学反应原理
第四章 电化学基础
第一节 原电池
复习回顾
将化学能转化为电能 1、原电池是______________________ 的装置。 原电池反应的本质是_______________ 氧化还原反应 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: 负 (填“正”或“负”)极, Zn电极是____ 2+ 其电极反应为_______________ Zn -2e - = Zn ,该反应 是______ 氧化(填“氧化”或“还原”,下同)反 应; 正 极,其电极反应为 Cu电极是______ 还原 反应。 2H+ +2e- =H2↑ 该反应是_________ _______________, (2)当电解质溶液为CuSO4溶液时: Zn电极 2+ 负 Zn - 2e = Zn 是____极,其电极反应为_____________, 氧化 反应;Cu电极是____ 正 极, 该反应是________ 2+ Cu + 2e = Cu 还原 反应. 其电极反应为_______________, 该反应_________
电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分 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。
(电池的电极必须导电)
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
拓展练习
(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的 现象。
镁逐渐溶解,铝极上有气泡冒出,电流表指针发生偏转;
Al 两极反应式为:正极 ; 负极 Mg-2e—=Mg2+ 。 该装置将 化学能 能转化为 电能 能。 (2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液, 2H++2e—=H2↑ 则正极为 , 总反应方程为 。 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
④惰性电极。如氢氧燃料电池中,两根电极均可用Pt
请根据氧化还原反应 : Cu +2 Fe =
3+
Cu2+
+ 2Fe
2+
设计成原电池。你有哪些可行方案? 负极: Cu Cu – 2e- = Cu2+
练 一 练
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
得: 2H+ —— 2e——H2↑
2 2 22.4
x
y
0.168
原电池原理应用: (5)原电池原理的综合应用
例6: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。 1) “热敷袋”是利用 铁被氧化 放出热量。 2)炭粉的主要作用是 。 与铁屑、氯化钠溶液构成原电池,加速铁屑的氧化 3)加入氯化钠的主要作用是 。 氯化钠溶于水、形成电解质溶液
形成条件三:必须形成闭合回路
第三组实验
(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。
典型例题:
1.下列哪几个装置能形成原电池?
实验探索
实验三(书71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。
分析: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? 参考教材71页 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),
原电池原理
失e,沿导线传递,有电流产生
氧化反应
外电路
还原反应
负极
Zn-2e=Zn2+
阴离子
铜锌原电池 正极
2H++2e- =H2↑
阳离子
阳离子 电解质
溶液
盐桥
内电路
电 负极: Zn-2e- =Zn2+ (氧化反应) 极 正极:2H++2e- =H ↑ (还原反应) 2 反 +=Zn2++H ↑ (离子方程式) Zn+2H 总反应: 应 2 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ (化学方程式)
与原 电 池 相关的概念
电子流向:负极流向正极 外电路 电流方向:正极流向负极 1.电路: 内电路 阴离子流向负极 阳离子流向正极
2.电极:
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负极:电子流出的一极 正极:电子流入的一极
负极: Zn-2e-= Zn2+
3.电极反应式:
正极: 2H++ 2e-= H2↑
4.总反应式:Zn+ 2H+ = Zn2+ + H2↑
2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时, 电解质溶液的 pH( C ) A.不变 C逐渐变大 B先变大后变小 D.逐渐变小
3.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 ( B) A. a > b > c > d B.a > c > d > b C.c > a > b .> d D. b > d > c > a
4、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 ( D ) 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
(4)电解质溶液和电极材料的选择
5.解释某些化学现象
原电池原理应用:(1)比较金属活动性强弱。
例1:下列叙述中,可以说明金属甲比乙活泼性强的是 (C)
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; C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极;
D.同价态的阳离子,甲比乙的氧化性强;
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。
得出结论
盐桥的作用:
(1)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。 (2)平衡电荷。 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。若电解 质溶液与KCl溶液反应产生沉淀,可用NH4NO3代替KCl作盐桥。
一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究
?提出问题:
上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸 的原电池,如果用它做电源,不但效率低,而且时间稍长 电流就很快减弱,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? 学生讨论: 造成的主要原因:由于在铜极上很快就聚集了许多氢气 泡,把铜极跟稀硫酸逐渐隔开,这样就增加了电池的内 阻,使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。 为了避免发生这种现象,设计如下图(书P71图4-1)所示 的原电池装置,你能解释它的工作原理吗?
(2)探究组成原电池的条件
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
第一组实验
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;
第二组实验
实验探究形成原电池的条件
可以
(不可以)
原电池原理应用:(2)比较反应速率
下列制氢气的反应速率最快的是 ( D ) 例2 : A. 纯锌和1mol/L 硫酸; B. 纯锌和18 mol/L 硫酸; C. 粗锌和 1mol/L 盐酸; D. 粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
原电池原理应用: (3)比较金属腐蚀的快慢
电池反应(总化学方程式):Zn + Cu2+ = Zn 2+ + 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在这类电池中,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,两极浸在电解质溶液中,并通过阴阳 离子的定向运动而形成内电路。 练习:锌铜原电池产生电流时,阳离子( B ) A 移向Zn 极,阴离子移向Cu 极 B 移向Cu 极,阴离子移向Zn 极 C 和阴离子都移向Zn极 D 和阴离子都移向Cu 极
一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究 请同学们思考:
上述原电池装置是将什么反应的 化学能转换成电能的?指出电池 的正负极,并分别写出其中负极 和正极的电极反应式以及该电池 的总反应方程式。
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
负极(锌片): Zn -2e - = Zn 2+ (氧化反应)
正极(铜片): Cu2+ + 2e - = Cu (还原反应)
例3: 下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 (5) (2) (1) (3) (4)
例4: 下列装置中四块相同的Zn片,放置一段时间后腐蚀速 率由慢到快的顺序是 (4) (2) (1) (3)
原电池原理应用:(4)判断溶液pH值变化
例5: 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 0.015 0.168L升气体,则流过导线的电子为———— mol,溶 大 液的pH值变_________ ?(溶液体积变化忽略不计) 解: 根据电极反应: 负极: Zn-2e-=Zn2+ 正极: 2H++2e- =H2↑ x =0.015 (mol) 解得: y =0.015 (mol) 0.2×0.125×2-0.015 ∴ c(H+)余= 0.2 =3.75× 10﹣ 4(mol/L ) ∴pH =-lg3.75 ×10-4 =4 -lg3.75 答:……
电解质溶液 CuCl2
H2SO4 CuSO4
HCl
(3)原电池的正负极的判断方法 (参考第二教材P118)
微观判断 电子流出的极 ——负极
(根据电子流动 电子流入的极 ——正极 方向)
宏观判断: ①根据电极材料 较活泼的电极材料 ——负极
②根据原电池电极 发生的反应
较不活泼的电极材料——正极 发生氧化反应的极 ——负极
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。
1)能自发进行的氧化还原反应
2)通常须两个活性不同的电极
3)电解质溶液
4)还原剂在负极失电子,发生氧化反应,氧 化剂在正极得电子,发生还原反应.
三、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。
发生还原反应的极 ——正极 质量增加的电极 ——正极 ③根据电极增重还是减重 工作后 质量减少的电极 ——负极 ④根据电极有气泡冒出: 工作后,有气泡冒出的电极为正极
典型例题:
1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气,该金属与 锌组成原电池时,锌为负极,此金属是( B ) A.Mg B.Fe C.Al D.Cu
Zn Cu
Fe
Cu
Zn
Zn
Fe
Cu
A
V H SO
2
B
V
H2SO4
C
Cu
X
H 2 SO 4
Fe Cu
D
V
NaCl溶液
4
Zn
Cu
Zn
Zn
Cu
E
V
F
Cu 2SO4
X
M
酒精
XNaCl溶液 X H SO
2
N
4
H2SO4
Cu
O
V
H 2S O 4
典型例题:
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
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