高中化學(xué) 3-1 電池探秘同步課件 魯科版選修1.ppt

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1理解并掌握原電池的構(gòu)成條件以及工作原理。 2學(xué)會(huì)如何判斷電源的正負(fù)極。 3了解常用電池的種類、性能以及新型電池的發(fā)展趨勢(shì)。 4學(xué)會(huì)利用原電池原理分析日常生活中的相關(guān)問(wèn)題。,課題1 電池探秘,如何判斷電池的正負(fù)極？ 提示 在電池中，區(qū)分正負(fù)極可從氧化還原反應(yīng)的角度，即正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)中失去電子，電流流入，溶液中陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極。,1.電池是把 轉(zhuǎn)化成 的裝置，其實(shí)質(zhì)是發(fā)生了 反應(yīng)。以銅、鋅原電池為例， 片失去電子，電子經(jīng)導(dǎo)線流向 片，溶液中的H從 片上得到電子被 成氫原子，繼而結(jié)合成氫分子，在 片上放出，其中電子流出的極為 極，發(fā)生 反應(yīng)，電子流入的極為 極，發(fā)生 反應(yīng)，總的電池反應(yīng)式為 。,化學(xué)能,電能,氧化還原,鋅,銅,銅,還原,銅,負(fù),氧化,正,還原,Zn2H=Zn2H2,(1) ，(2) ，(3) ，(4) 。,2形成原電池的條件,活潑性不同的電極,電解質(zhì)溶液,閉合回路,自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),PbO2,Pb,(1)原理：利用 和 間的 提供電能的電池。 (2)最大的特點(diǎn)是 。 (3)氫氧燃料電池：正極輸入 ，負(fù)極輸入 ，電解質(zhì) ，總反應(yīng)為 。 (4)優(yōu)點(diǎn)：效率高，無(wú)污染，裝置可重復(fù)使用。,3燃料電池,燃料,氧化劑,氧化還原反應(yīng),工作時(shí)不斷地從外界輸入燃料和,氧化劑,氧氣,氫氣,KOH,2H2O2=2H2O,4化學(xué)電池的表示方法為：()負(fù)極()|電解質(zhì)|正極()，請(qǐng)用這種方法表示下列原電池 鋅錳干電池： ， 鋅氧化汞電池： ， 鉛蓄電池： ， 氫氧燃料電池： ， 銅鋅原電池： ， 堿性鋅錳電池： 。,()Zn|NH4Cl，ZnCl2|MnO2，C(),()Zn|KOH|HgO，C(),()Pb|H2SO4|PbO2(),()Pt，H2|KOH|O2，Pt(),()Zn|H2SO4|Cu(),()Zn|KOH|MnO2，C(),【慎思1】 原電池兩極的判斷。 提示 規(guī)律：負(fù)氧正還。 一般是活潑金屬作負(fù)極，不活潑金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，但不一定是兩極材料發(fā)生反應(yīng)。電池負(fù)極電子流出的極失電子的極活潑金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。 電池正極電子流入的極得電子的極還原反應(yīng)。,【慎思2】 如何判斷某種裝置是否是原電池？ 提示 原電池的工作原理是要有電子的定向移動(dòng)形成電流，所以看哪種裝置可以形成原電池，就要看這一裝置是否滿足下列四個(gè)條件： (1)能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 (2)有活潑性不同的兩極材料。 (3)有電解質(zhì)溶液。 (4)能構(gòu)成閉合回路。,【例1】 氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如右圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定，請(qǐng)回答： (1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是_，在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)開(kāi)(用a、b表示)。 (2)負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)。 (3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)開(kāi)。,解析 (1)原電池的工作原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。由于燃料電池的電池反應(yīng)式就是它燃燒的化學(xué)方程式，所以該燃料電池的電池反應(yīng)式為：2H2O2=2H2O，其中氫元素從零價(jià)升至1價(jià)，失去電子，即電子從a流向b。(2)負(fù)極為失去電子的一極，即H2失電子生成H，由于溶液是堿性的，故電極反應(yīng)式左右應(yīng)各加上OH。(3)鉑粉的接觸面積大，可以加快化學(xué)反應(yīng)速率。(4).Li從零價(jià)升至1價(jià)，作還原劑。.H2O中的H從1價(jià)降至H2中的零價(jià)，作氧化劑。,答案 (1)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?由a到b (2)2H24OH4e=4H2O或 H22OH2e=2H2O (3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率 (4)Li H2O,【體驗(yàn)1】 下列裝置能夠組成原電池的是 ( )。,解析 構(gòu)成原電池要有四個(gè)基本條件：電解質(zhì)溶液、兩個(gè)活潑性不同的電極并插入電解質(zhì)溶液中構(gòu)成閉合回路、可以自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。四個(gè)條件相互聯(lián)系，不能孤立。B項(xiàng)中電極均為Cu，D項(xiàng)中所用乙醇為非電解質(zhì)，不可。 答案 AC,1原電池正負(fù)極的判斷,原電池有兩個(gè)電極，一個(gè)是正極，一個(gè)是負(fù)極，判斷正極和負(fù)極的方法是： (1)由組成原電池兩極的電極材料判斷。一般是活潑性強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。 (2)根據(jù)外電路中電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流是由正極流向負(fù)極；電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極。,(3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子移向的極是正極，陰離子移向的極是負(fù)極。 (4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷，原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。 (5)依據(jù)現(xiàn)象判斷。溶解的一極為負(fù)極，增重或者有氣體放出的一極為正極。,原電池正、負(fù)極的判斷圖示：,(1)一般電極反應(yīng)式的書(shū)寫,2電極反應(yīng)式的書(shū)寫,【例2】 關(guān)于如圖所示的原電池，下列說(shuō)法正確的是 ( )。,A電子從鋅電極通過(guò)電流表流向銅 電極 B鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中 遷移 C鋅電極發(fā)生還原反應(yīng)，銅電極發(fā) 生氧化反應(yīng) D銅電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H 2e=H2,解析 由原電池裝置圖可知，負(fù)極為Zn，發(fā)生反應(yīng)：Zn2e=Zn2；正極為Cu，發(fā)生反應(yīng)：Cu22e=Cu。鹽橋中的陰離子向ZnSO4溶液中遷移；陽(yáng)離子向CuSO4溶液中遷移。所以正確答案為A項(xiàng)。 答案 A,【體驗(yàn)2】 根據(jù)下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池：2FeCl3Fe=3FeCl2。 要求：(1)畫出此原電池的裝置圖，裝置可采用燒杯和鹽橋。,(2)注明原電池的正、負(fù)極和外電路中電子的流向。 _ (3)寫出兩個(gè)電極上發(fā)生的電極反應(yīng)。 _,思路點(diǎn)撥 根據(jù)原電池的構(gòu)成條件發(fā)生還原反應(yīng)的一極作正極(或在正極上發(fā)生還原反應(yīng))，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極作負(fù)極(或在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng))。,解析 分析題目所給反應(yīng)知，固體鐵中鐵元素的化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)作原電池的負(fù)極；FeCl3中鐵元素的化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，但因FeCl3易溶于水，不能直接作電極，所以要選用一種活動(dòng)性比鐵弱且與FeCl3溶液不反應(yīng)的固體作輔助電極，這里可以采用石墨棒或銀棒等。左、右兩個(gè)半電池中電解質(zhì)溶液依次為FeCl2溶液、FeCl3溶液，兩個(gè)半電池要用裝有飽和KCl溶液的鹽橋溝通。,答案 (1)裝置圖如下： (2)電池的正負(fù)極及外電路中電子的流向如上圖所示。 (3)負(fù)極(Fe)：Fe2e=Fe2 正極(C或Ag)：2Fe32e=2Fe2,1鋅錳干電池,普通鋅錳干電池的結(jié)構(gòu),負(fù)極：Zn2e=Zn2 正極：2NH2e=2NH3H2 總反應(yīng)式為：Zn2NH=Zn22NH3H2 2MnO2H2=2MnO(OH) ZnCl24NH3=Zn(NH3)4Cl2 其他干電池：堿性鋅錳干電池、銀鋅紐扣電池等 優(yōu)點(diǎn)：攜帶方便 缺點(diǎn)：電量小，污染大,2鉛酸蓄電池,蓄電池的結(jié)構(gòu),(1)燃料電池：把能源中的燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。 燃料電池中，氫氣、甲烷、煤氣等燃料作負(fù)極燃?xì)?；氧氣、空氣、氯氣等氧化劑作正極助燃?xì)狻?3燃料電池,(2)氫氧燃料電池,氫氧燃料電池構(gòu)造示意圖,用氫氣和氧氣作為電極燃?xì)?，鉑或活性炭作電極，40%的氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液。 負(fù)極反應(yīng)式：2H24OH4e=4H2O 正極反應(yīng)式：O22H2O4e=4OH 總反應(yīng)式：2H2O2=2H2O,【例3】 控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe32I2Fe2I2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是 ( )。,A反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3被還原 C電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負(fù)極,解析 反應(yīng)開(kāi)始后，乙中石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為2I2e=I2，為氧化反應(yīng)，A說(shuō)法正確；甲中石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為2Fe32e=2Fe2，F(xiàn)e3被還原，B正確；電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，電極上得到和失去的電子數(shù)相等，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，C正確；電流計(jì)讀數(shù)為零(反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài))后，在甲中溶入FeCl2固體，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，I2被還原，乙中的石墨電極為正極，D錯(cuò)誤。 答案 D,【體驗(yàn)3】 下圖是鋅、銅和稀硫酸形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書(shū)卡片上記錄如下：,序號(hào)：28 時(shí)間：2011.4.5 實(shí)驗(yàn)后的記錄： Zn為正極，Cu為負(fù)極 H向負(fù)極移動(dòng) 電子流動(dòng)方向?yàn)閆nCu Cu極有H2產(chǎn)生 若有1 mol電子流過(guò)導(dǎo)線，則產(chǎn)生的H2為0.5 mol 正極反應(yīng)式：Zn2e=Zn2,卡片上的描述合理的是 ( )。 A B C D 解析 構(gòu)成原電池的正極是Cu，負(fù)極是Zn，故錯(cuò)誤；電子從負(fù)極Zn流出，流向正極Cu，H向正極移動(dòng)，在Cu上得電子：2H2e=H2，故錯(cuò)誤、正確；此原電池負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Zn2e=Zn2，錯(cuò)誤；總反應(yīng)方程式：Zn2H=Zn2H2，當(dāng)有1 mol e通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生H2為0.5 mol，故正確。 答案 B,【體驗(yàn)4】 燃料電池是使氣體燃料氧化直接產(chǎn)生電流的裝置，燃料電池的研究是本世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入丁烷，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3(三氧化二釔)的ZrO2(二氧化鋯)晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2。試回答下列問(wèn)題： (1)該電池放電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：_。,(2)該燃料電池的電極反應(yīng)式為： 正極：13O252e=26O2 負(fù)極：2C4H1026O252e=8CO210H2O 則固體電解質(zhì)中的O2向_極移動(dòng)(填“正”或“負(fù)”)。 (3)某金屬的相對(duì)原子質(zhì)量為52.00，用上述電池電解該金屬的一種含氧酸鹽的酸性水溶液時(shí)，陽(yáng)極每放出3 360 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氧氣，陰極析出金屬10.4 g，在該含氧酸鹽中金屬的化合價(jià)為_(kāi)，在該實(shí)驗(yàn)中，若不考慮能量的損失，電池中消耗丁烷的質(zhì)量最少是_g(結(jié)果精確至0.01 g)。,答案 (1)2C4H1013O2=8CO210H2O (2)負(fù) (3)3 1.34,【案例】 小強(qiáng)家的電線晚上出了問(wèn)題，一處銅線和鋁線的接頭處“長(zhǎng)滿了灰色、綠色的粉末”。只有鋁銅接頭處易生銹嗎？不同金屬的接頭處都易生銹嗎？,解析 通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：在相同的條件下，比較同種金屬相接和不同種金屬相接，各自接口處銹蝕的程度即可回答。 答案 找來(lái)銅絲、鋁絲、鐵絲和鋅條，將四種不同金屬兩兩相連，同種金屬與同種金屬間也相連，共組合成10組導(dǎo)線接頭。把它們共同放置在室外某處，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的風(fēng)吹雨淋之后，再觀察它們生銹的情況。幾個(gè)月后出現(xiàn)的現(xiàn)象應(yīng)是：不同種金屬的接口處銹蝕比較嚴(yán)重。,