1、原電池原理,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,伏打電池的發(fā)明源于一個(gè)有趣的生物實(shí)驗(yàn)：在死去的青蛙腿上同時(shí)插入用導(dǎo)線連接著兩種不同材料的電極，青蛙腿就像觸電似的痙攣起來。,你知道其中的奧秘嗎？,開 題,你聽說過伏打電池嗎？,【學(xué)生實(shí)驗(yàn)一】:將鋅片、銅片插入稀硫酸，有何現(xiàn)象？,鋅片上有氣泡產(chǎn)生,原理:,Zn + 2H+ = Zn2+ + H2,2e-,【實(shí)驗(yàn)二】鋅片和銅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 銅片上有氣泡產(chǎn)生,問題探究,1.銅片上產(chǎn)生什么氣體?,有人說H2是由銅和稀硫酸在這種特定的條件下反應(yīng)產(chǎn)生出來的。這種想法正確嗎？,2.銅片上的電子從

2、何來?,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,電流計(jì),Zn2e = Zn2+,2H+ + 2e=H2,3.如何檢驗(yàn)電子的流動(dòng)?,問題探究,根據(jù)能量守恒原理，這種產(chǎn)生出來的電能是從什么能量轉(zhuǎn)變來的呢？,一、原電池,化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,原電池,電子的轉(zhuǎn)移,氧化還原反應(yīng),電流,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,燈泡,1、原電池的正負(fù)極判斷,負(fù)極：電子流出的一極 正極：電子流入的一極,2、電極反應(yīng),2H+2e=H2,負(fù)極：,Zn2e=Zn2+,正極：,原電池,氧化反應(yīng),還原反應(yīng),氧化還原反應(yīng),總反應(yīng)：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2(離子方程式),失去電子,得到電子,Zn +

3、H2SO4 = ZnSO4 + H2(化學(xué)方程式),銅片的作用是什么？ 可以用石墨代替嗎?,【問題一】,【問題二】,Cu,Zn,整個(gè)裝置是如何形成電流的閉合回路的?,負(fù)極,正極,【問題三】,Cu,Zn,溶液中陰陽離子分別向哪一個(gè)電極運(yùn)動(dòng)？,Zn2+,負(fù)極,正極,靜電作用,【問題四】,Cu,Zn,有人說在銅鋅原電池中，活潑金屬失去電子，不活潑金屬得到電子。這種說法正確嗎？,Zn2+,負(fù)極,正極,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,【問題五】,Cu,Zn,為什么H+在銅片上得到電子？,Zn2+,負(fù)極,正極,靜電斥力,靜電引力,Cu,Zn,Zn2+,H+,H+,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2

4、,氧化反應(yīng),還原反應(yīng),負(fù)極,正極,電子沿導(dǎo)線傳遞，產(chǎn)生電流,陽離子,失去電子,溶液中陽離子得到電子,陰離子,正極,負(fù)極,SO42-,原電池工作原理小結(jié),較活潑金屬,不活潑金屬或石墨,較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng),電子從較活潑的金屬(負(fù)極)通過外電路流向較不活潑的金屬(正極)。,【實(shí)驗(yàn)探究】：將鋁片、石墨插入稀硫酸溶液中，是否可以形成原電池？,石墨,Al,稀硫酸,（1）說明反應(yīng)的現(xiàn)象； （2）判斷正負(fù)極； （3）寫出電極反應(yīng)式； （4）寫出總反應(yīng)的離子方程式和化學(xué)方程式。,鞏固練習(xí)1,Mg,Fe,稀硫酸,（1）說明反應(yīng)的現(xiàn)象； （2）判斷正負(fù)極； （3）寫出電極反應(yīng)式； （4）寫出總反應(yīng)的離子方程式

5、和化學(xué)方程式。,鞏固練習(xí)2,【實(shí)驗(yàn)探究】：將鋅片、銅片插入硫酸銅溶液中，是否可以形成原電池？,（1）說明兩個(gè)電極質(zhì)量的變化情況； （2）判斷正負(fù)極； （3）寫出電極反應(yīng)式； （4）寫出總反應(yīng)的離子方程式和化學(xué)方程式。,鞏固練習(xí)3,二、形成簡單原電池的條件,兩種不同的金屬 （或一種金屬與石墨）作電極 用導(dǎo)線相連（或直接接觸） 插入電解質(zhì)溶液里，形成閉合回路 金屬能與電解質(zhì)溶液自動(dòng)發(fā)生氧化還原反應(yīng),1. 在如下圖所示的8個(gè)裝置中，屬于原電池的有 ., ,e,課堂練習(xí):,三、簡單原電池的設(shè)計(jì),（1）將反應(yīng):2FeCl3+Fe=3FeCl2設(shè)計(jì)成原電池。 （2）判斷正負(fù)極并寫出電極反應(yīng)。,石墨,Fe,

6、FeCl3溶液,負(fù)極（鐵）： Fe2e=Fe2+ 正極（石墨）： 2Fe3+ + 2e=3Fe2+,干電池,紐扣電池,鋰電池,化學(xué)電源,四.常見的化學(xué)電源,一次電池 二次電池 高能電池 燃料電池,鋅錳干電池,四.常見的化學(xué)電源,.干電池(一次電池),電極: Zn為負(fù)極,碳棒為正極,電解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊,另有黑色的MnO2粉末，吸收正極 產(chǎn)生的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。,負(fù)極(Zn):Zn-2e-Zn2+ 正極(C):2NH4+ + 2e-2NH3+H2 H2 + 2MnO2 Mn2O3+H2O 去氫 4NH3 + Zn2+ Zn(NH3)42+ 去氨,電極方程式：,四.常見的化

7、學(xué)電源,鉛蓄電池,電極：Pb為負(fù)極；PbO2為正極.,電解液:30%的H2SO4溶液,電極反應(yīng)式:,負(fù)極(Pb)： Pb + SO42 -2e-PbSO4,正極(PbO2)：PbO2 + 4H+ SO42- + 2e PbSO4 +2H2O,總電池反應(yīng):PbO2 + Pb +2H2SO42PbSO4+ 2H2O,拓展創(chuàng)新,.鉛蓄電池(二次電池),(1.251.28g/cm-3),課堂練習(xí):,2.鉛蓄電池(原電池)的電極分別是PbO2和Pb,電解質(zhì)溶液為稀硫酸溶液,工作時(shí)原電池的總反應(yīng)是: PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O. 根據(jù)上述反應(yīng),判斷: 1)原電池的負(fù)極是(填電極材

8、料)_ 2)工作時(shí)蓄電池負(fù)極反應(yīng)式為_ 3)工作時(shí)蓄電池里電解質(zhì)溶液的PH變化:_,電極: Zn為負(fù)極，Ag2O為正極,電解液: KOH溶液,電極反應(yīng)式:,負(fù)極: Zn + 2OH- -2e- Zn(OH)2,正極: Ag2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH-,總反應(yīng)式: Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2,拓展創(chuàng)新,銀鋅電池,.高能電池(銀鋅電池、鋰電池),電極: Pt制作的惰性電極,電解質(zhì)溶液: KOH溶液,負(fù)極: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O,正極: O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,總反應(yīng)：2H2+ O22H2O,拓展創(chuàng)新,氫氧

9、燃料電池,若為酸性介質(zhì)，試寫出電極反應(yīng)式？,思考:,負(fù)極：2H2 - 4e- 4H+ 正極: O2+ 4H+ + 4e- 2H2O,.新型燃料電池(氫氧燃料電池/甲烷電池/ 煤氣電池/海水-空氣電池),鋁-空氣-海水電池,.新型燃料電池(氫氧燃料電池/甲烷電池/ 煤氣電池/鋁-海水-空氣電池),1991年，我國首創(chuàng)，用作海上標(biāo)志燈。以海水為電解液，靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產(chǎn)電流。 負(fù)極：4A1-12e- 4A13+ 正極：3O2+6H2O+12e- 12OH- 電池總反應(yīng)式為：4A1+3O2+6H2O4A1(OH)3 這種海水電池比“干電池”的能量高2050倍。,甲烷-氧燃料電池,該電池用金

10、屬鉑片插入KOH溶液中作電極，又在兩極 上分別通甲烷和氧氣: 負(fù)極：CH4 + 10OH- - 8e- CO32- + 7H2O 正極：2O2 + 4H2O + 8e- 8OH- 電池總反應(yīng)式為：CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O,.新型燃料電池(氫氧燃料電池/甲烷電池/ 煤氣電池/海水-空氣電池),小結(jié):,燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率很高，氫氧燃料電池 除能量轉(zhuǎn)化率 高外還可持續(xù)使用，不污染環(huán)境。 一般的可燃物均可與O2組成燃料電池，如H2、CO、CH4、乙醇等。 燃料電池一般以堿性介質(zhì)作電解液，也可用酸性介質(zhì)作電 解液，二者電極上應(yīng)式是有區(qū)別的。如甲烷-氧燃料電池在酸性介質(zhì)中的電極反應(yīng)

11、為： 負(fù)極：CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+ 正極：2O2 + 8H+ + 8e- 4H2O 總反應(yīng)式為：CH4 + 2O2 CO2+2H2O,五.原電池的應(yīng)用,(1)制作干電池、蓄電池、高能電池等。,例1.選擇適宜的材料和試劑設(shè)計(jì)一個(gè)原電池,以便完成下列反應(yīng): FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2. 畫出原電池的示意圖并寫出電極反應(yīng)式.,負(fù)極（銅）： Cu2e=Cu2+ 正極（石墨）： 2Fe3+ + 2e=3Fe2+,五.原電池的應(yīng)用,(2)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。,例2.下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是,C.將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極；,A.甲和乙用

12、導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲上有H2氣放出；,B.在氧化還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；,D.同價(jià)態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；,（C）,(3)比較反應(yīng)速率,例3.下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是,C.粗鋅和 1mol/L 硫酸；,A.純鋅和1mol/L 硫酸；,B.純鋅和18 mol/L 硫酸；,D.粗鋅和1mol/L 硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。,（ D ）,(4)比較金屬腐蝕的快慢,例4.下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是,(5),(2),(1),(3),(4),(5)判斷溶液pH值變化,例6.在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為0.125mol

13、/L , 若工作一段時(shí)間后，從裝置中共收集到 0.168L升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為_ mol,溶液的pH值為_？（溶液體積變化忽略不計(jì)）,0.2,解得：,y 0.015 (mol),x 0.015 (mol),3.75 10 4(mol/L ),pH -lg3.75 104,4 -lg3.75,答：,0.015,根據(jù)電極反應(yīng)：,正極：,負(fù)極：,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y 0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,4 -lg3.75,0.015,六.金屬的腐蝕和防護(hù),(1)判斷下列裝置是否為原電池？若是， 指出電極名稱并寫

14、出電極反應(yīng)式。,(2)若將Fe棒C棒粉碎摻在一起制成一光亮的FeC合金棒，插在HCl里，則是否構(gòu)成了原電池？若是，電極反應(yīng)是什么？長期放置，鐵棒表面會(huì)有什么變化？,(4)鋼鐵腐蝕的本質(zhì)是什么？什么是鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕？為什么常以后者為主？,(5)生產(chǎn)上常采取哪些金屬防腐措施？,(3)鋼鐵及其制品通常為含碳的鐵合金，若在潮濕的環(huán)境里或濃度較大的環(huán)境里長期放置，常易生銹變紅，原因是什么？,鋼鐵表面形成的微小原電池示意圖,鋼鐵的析氫腐蝕示意圖,鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖,知識(shí)總結(jié),1、,2、,金屬陽離子,失e-,氧化反應(yīng),金屬腐蝕的類型,化學(xué)腐蝕,電化腐蝕,析氫腐蝕,吸氧腐蝕,（常見普遍）,.,金屬

15、腐蝕,金屬原子,金屬腐蝕的本質(zhì)：,3、,金屬腐蝕：,是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（氧化還原）而腐蝕損耗的過程。,4.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較,Fe2O3 nH2O,（鐵銹）,通常兩種腐蝕同時(shí)存在，但以后者更普遍。,析氫腐蝕,吸氧腐蝕,條件,水膜呈酸性。,水膜呈中性或酸性很弱。,CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3-,電極反應(yīng),負(fù)極Fe(- ),Fe-2e=Fe2+,2Fe-4e=2Fe2+,正極C(+),2H+2e=H2,O2+2H2O+4e=4OH-,總反應(yīng):,Fe+2H+=Fe2+,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4F

16、e(OH)3,聯(lián)系,鋼鐵腐蝕的防護(hù)：,例6：,改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如將Cr、Ni等金屬加進(jìn)鋼里制成合金鋼。,A.,C.,銅的金屬活動(dòng)性比氫小，因此不宜被氧化；,B.,D.,它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；,2000年5月，保利集團(tuán)在香港拍賣會(huì)上花費(fèi)3000多萬港幣購回在火燒圓明園時(shí)流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是Cu2(OH)2CO3這三件1760年銅鑄的國寶在240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對(duì)起原因的分析，最可能的是,環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；,（ D ）,它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；,2.金屬

17、表面覆蓋保護(hù)層,3.電化學(xué)保護(hù)法,原理：,原理 ：,如油漆、油脂等，電鍍（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化 物薄膜）作保護(hù)層。,隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。,犧牲陽極的陰極保護(hù)法,形成原電池反應(yīng)時(shí)，讓被保護(hù)金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。,犧牲陽極的陰極保護(hù)法示意圖,練 習(xí),1。,如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：,（1）,若液面上升，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕,電極反應(yīng)式為：負(fù)極： , 正極： ；,若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕，電極反應(yīng)式為：負(fù)極： 正極： 。,（2）,中性或堿性,吸氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸

18、性,析氫,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,2、,分析右圖，按要求寫出有關(guān)反應(yīng)方程式： （1）、鐵棒上的電極反應(yīng)式為： （2）、碳棒上的電極反應(yīng)式為： （3）、溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：,3、,鎳鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：,Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知，該電池的負(fù)極材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,放電,充電,A. Cd,（ D ）,B. NiO(OH),D. Ni(OH)2,C. Cd(OH)2,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,O2+2H2O+4e-4OH-,2Fe4e-2Fe2+,4.鹽酸與鋅片反應(yīng)時(shí)，若加入可溶性醋酸銅 (CH3COO)2Cu，將產(chǎn)生兩種影響生成速率的因素，其 一是： ， 其二是： ；,5.有M、N兩種金屬，分別與鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生H2速率相近，試設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)比較M、N兩種金屬