化學(xué)選修5第四章課件
化學(xué)選修5第四章課件
第四章 電化學(xué)基礎第一節 原電池
一、探究目標
體驗化學(xué)能與電能相互轉化的探究過(guò)程
二、探究重點(diǎn)
初步認識原電池概念、原理、組成及應用。
三、探究難點(diǎn)
通過(guò)對原電池實(shí)驗的研究，引導學(xué)生從電子轉移角度理解化學(xué)能向電能轉化的本質(zhì)，以及這種轉化的綜合利用價(jià)值。 四、教學(xué)過(guò)程。
【引入】
電能是現代社會(huì )中應用最廣泛，使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱(chēng)電力。例如，日常生活中使用的手提電腦、手機、相機、攝像機……這一切都依賴(lài)于電池的應用。那么，電池是怎樣把化學(xué)能轉變?yōu)殡娔艿哪�？我們這節課來(lái)一起復習一下有關(guān)原電池的相關(guān)內容。
【板書(shū)】
4.1 原電池
一、原電池實(shí)驗探究
講：銅片、鋅片、硫酸都是同學(xué)們很熟悉的物質(zhì)，利用這三種物質(zhì)我們再現了1799年意大利物理學(xué)家----伏打留給我們的歷史閃光點(diǎn)！
1、鋅片和銅片分別插入稀硫酸中有什么現象發(fā)生？
2、鋅片和銅片用導線(xiàn)連接后插入稀硫酸中，現象又怎樣？為什么？ 3、鋅片的質(zhì)量有無(wú)變化？溶液中c (H+)如何變化？ 4、鋅片和銅片上變化的反應式怎樣書(shū)寫(xiě)？
5、電子流動(dòng)的方向如何？
講：我們發(fā)現檢流計指針偏轉，說(shuō)明產(chǎn)生了電流，這樣的裝置架起了化學(xué)能轉化為電能的橋梁，這就是生活中提供電能的所有電池的開(kāi)山鼻祖----原電池。 【板書(shū)】（1）原電池概念：學(xué)能轉化為電能的裝置叫做原電池。 問(wèn)：在原電池裝置中只能發(fā)生怎樣的'化學(xué)變化？ 學(xué)生： Zn+2H=Zn+H2↑ 講：為什么會(huì )產(chǎn)生電流呢？
答：其實(shí)鋅和稀硫酸反應是氧化還原反應，有電子的轉移，但氧化劑和還原劑熱運動(dòng)相遇發(fā)生有效碰撞電子轉移時(shí)，由于分子熱運動(dòng)無(wú)一定的方向，因此電子轉移不會(huì )形成電流，而通常以熱能的形式表現出來(lái)，激烈的時(shí)候還伴隨有光、聲等其他的形式的能量。
顯然從理論上講，一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應，若能設法使氧化與還原分開(kāi)進(jìn)行，讓電子的不規則轉移變成定向移動(dòng)，便能形成電流。所以原電池的實(shí)質(zhì)就是將氧化還原的電子轉移變成電子的定向移動(dòng)形成電流。
�。�2）實(shí)質(zhì)：將一定的氧化還原反應的電子轉移變成電子的定向移動(dòng)。即將化學(xué)能轉化成電能的形式釋放。
問(wèn)：那么這個(gè)過(guò)程是怎樣實(shí)現的呢？我們來(lái)看原電池原理的工作原理。 （3）原理：（負氧正還）
問(wèn)：在鋅銅原電池中哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得到電子？ 學(xué)生：活潑金屬鋅失電子，氫離子得到電子
問(wèn)：導線(xiàn)上有電流產(chǎn)生，即有電子的定向移動(dòng)，那么電子從鋅流向銅，還是銅流向鋅？ 學(xué)生：鋅流向銅
講：當銅上有電子富集時(shí)，又是誰(shuí)得到了電子？
學(xué)生：溶液中的氫離子
講：整個(gè)放電過(guò)程是：鋅上的電子通過(guò)導線(xiàn)流向用電器，從銅流回原電池，形成電流，同時(shí)氫離子在正極上得到電子放出氫氣，這就解釋了為什么銅片上產(chǎn)生了氣泡的原因。 講：我們知道電流的方向和電子運動(dòng)的方向正好相反，所以電流的方向是從銅到鋅，在電學(xué)上我們知道電流是從正極流向負極的，所以，鋅銅原電池中，正負極分別是什么？ 學(xué)生：負極（Zn） 正極（Cu）
實(shí)驗：我們用干電池驗證一下我們分析的正負極是否正確！
講：我們一般用離子反應方程式表示原電池正負極的工作原理，又叫電極方程式或電極反應。一般先寫(xiě)負極，所以可表示為： 負極（Zn）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化） 正極（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（還原）
講：其中負極上發(fā)生的是氧化反應，正極上發(fā)生的是還原反應，即負氧正還。 注意：電極方程式要①注明正負極和電極材料 ②滿(mǎn)足所有守衡 總反應是：Zn+2H+=Zn2++H2↑
講：原來(lái)一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應通過(guò)一定的裝置讓氧化劑和還原劑不規則的電子轉移變成電子的定向移動(dòng)就形成了原電池。
轉折：可以看出一個(gè)完整的原電池包括正負兩個(gè)電極和電解質(zhì)溶液，及導線(xiàn)。那么銅鋅原電池中的正負極和硫酸電解質(zhì)能否換成其他的物質(zhì)呢？ 學(xué)生：當然能，生活中有形形色色的電池。 過(guò)渡：也就是構成原電池要具備怎樣的條件？
二、原電池的構成條件
1、活潑性不同的兩電極
2、電解質(zhì)溶液
3、形成閉合回路（導線(xiàn)連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液
4、自發(fā)的氧化還原反應(本質(zhì)條件)
思考：鋅銅原電池的正負極可換成哪些物質(zhì)？保證鋅銅原電池原理不變，正負極可換成哪些物質(zhì)？（ C、Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au等）
問(wèn)：鋅銅原電池中硫酸能換成硫酸鈉嗎？
判斷是否構成原電池，是的寫(xiě)出原電池原理。
�。�1）鎂鋁/硫酸；鋁碳/氫氧化鈉；鋅碳/硝酸銀 ；鐵銅在硫酸中短路；鋅銅/水；鋅鐵/乙醇；硅碳/氫氧化鈉
�。�2）[鋅銅/硫酸（無(wú)導線(xiàn)）；碳碳/氫氧化鈉] 若一個(gè)碳棒產(chǎn)生氣體11.2升，另一個(gè)產(chǎn)生氣體5.6升，判斷原電池正負極并求鋅片溶解了多少克？設原硫酸的濃度是1mol/L，體積為3L，求此時(shí)氫離子濃度。
�。�3）銀圈和鐵圈用細線(xiàn)連在一起懸在水中，滴入硫酸銅，問(wèn)是否平衡？（銀圈下沉） （4）Zn/ZnSO4//Cu/CuSO4鹽橋（充滿(mǎn)用飽和氯化鈉浸泡的瓊脂） （5）鐵和銅一起用導線(xiàn)相連插入濃硝酸中 鎂和鋁一起用導線(xiàn)相連插入氫氧化鈉中 思考：如何根據氧化還原反應原理來(lái)設計原電池呢？ 請將氧化還原反應 Zn + Cu2+= Cu + Zn2+
設計成電池：
硫硫酸銅s
硫酸
硫酸銅
此電池的優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生持續、穩定的電流。 其中，用到了鹽橋 什么是鹽橋？
鹽橋中裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出。 鹽橋的作用是什么？
可使由它連接的兩溶液保持電中性，否則鋅鹽溶液會(huì )由于鋅溶解成為Zn2+而帶上正電，銅鹽溶液會(huì )由于銅的析出減少了Cu2+而帶上了負電。
鹽橋保障了電子通過(guò)外電路從鋅到銅的不斷轉移，使鋅的溶解和銅的析出過(guò)程得以繼續進(jìn)行。
導線(xiàn)的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內電路。 三、原電池的工作原理：
正極反應：得到電子 （還原反應） 負極反應：失去電子 （氧化反應） 總反應：正極反應+負極反應
想一想：如何書(shū)寫(xiě)復雜反應的電極反應式？ 較繁電極反應式=總反應式-簡(jiǎn)單電極反應式
例：熔融鹽燃料電池具有高的放電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，已制得在6500C下工作的燃料電池，試完成有關(guān)的電極反應式：
負極反應式為：2CO+2CO32--4e-=4CO2
2-正極反應式為：2CO2+O2+4e-=2CO3 電池總反應式：2CO+O2=2CO2 四、原電池中的幾個(gè)判斷
1.正極負極的判斷：
正極：活潑的一極 負極：不活潑的一極 思考：這方法一定正確嗎？ 2.電流方向與電子流向的判斷
電流方向：正→負 電子流向：負→正 電解質(zhì)溶液中離子運動(dòng)方向的判斷
陽(yáng)離子:向正極區移動(dòng) 陰離子:向負極區移動(dòng) 練習：下列哪些裝置能構成原電池？
練習：
某原電池的總反應的離子方程式為： 2Fe3++Fe == 3Fe2+，
不能實(shí)現該反應的原電池組成是（ ）
A、正極為銅，負極為鐵，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液 B、正極為碳，負極為鐵，電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液 C、正極為鐵，負極為鋅，電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3溶液 D、正極為銀，負極為鐵，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液
練習：
宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池，其電池反應為2H2+O2=2H2O，電解質(zhì)溶液為KOH，反應保持在高溫下，使H2O蒸發(fā)，正確敘述正確的是：（ ） A．H2為正極，O2為負極
B．電極反應（正極）：O2+2H2O+4e- =4OH- C．電極反應（負極）：2H2+4OH-=4H2O-4e- D．負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應 練習：
下列關(guān)于原電池的敘述正確的是（ ）
A、構成原電池的正極和負極必須是兩種不同的金屬 B、原電池是將化學(xué)能轉變?yōu)殡娔艿难b置
C、原電池中電子流出的一極是負極，該極被還原 D、原電池放電時(shí)，電流的方向是從負極到正極
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