《原電池原理及其應(yīng)用》培訓(xùn)課件

1、原電池原理及其應(yīng)用,什么是電流？形成電流的條件是什么？,我們接觸到的哪類反應(yīng)能提供電子？,把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 叫做原電池,(×),(×),(∨),按以下裝置，判斷哪些能形成原電池？,⑤,④,(∨),(∨),⑥,(×),歸納：構(gòu)成原電池的條件是什么？,1、兩個電極（活潑性不同） 負極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬或石墨等,2、電極需插入電解質(zhì)溶液中；,3、必須形成閉合回路

2、。,電極上發(fā)生了什么反應(yīng)？如何表示？,(×),(∨),2H++2e-＝H2↑,負極：,總反應(yīng)：,正極：,Zn－2e-＝Zn2+,Zn+2H+＝Zn2++H2↑,電極方程式的書寫：,(∨),(∨),負極：,正極：,電子流向：,陽離子流向（電解質(zhì)溶液中）：負極 →正極,氧化反應(yīng)，電子流出,還原反應(yīng)，電子流入,負極 →正極,正負極的判斷：,①電極金屬的活潑性,②電子的流向,③電極反應(yīng)類型,當然，也要注意具體情況。,例1、Cu、Fe作

3、兩極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液的原電池中：①Cu作____極, ②Fe作____極電極反應(yīng)式是：負極____________ 正極_____________總反應(yīng)式是__________________________如將稀硫酸改為濃硝酸則：①Cu作____極, ②Fe作____極電極反應(yīng)式是：負極____________ 正極_____________總反應(yīng)式是______

4、____________________,Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O,正,負,Fe-2e-=Fe2+,2H++2e-=H2↑,Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑,負,正,Cu-2e-=Cu2+,2NO3-+4H++2e-==2NO2 +2H2O,如圖所示裝置：（1）若燒杯中溶液為稀硫酸，則觀察到的現(xiàn)象為_____________________________________。兩極反應(yīng)式

5、為：正極 __________________； 負極 __________________.該裝置將_______能轉(zhuǎn)化為_______。（2）若燒杯中溶液為NaOH溶液，則正極為______，總反應(yīng)方程式為: .,A

6、l表面有氣泡；電流表指針偏轉(zhuǎn),Mg-2e-=Mg2+,2H++2e-=H2↑,化學(xué),電能,Mg,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,討論1：將鐵棒插入CuSO4溶液中（如圖所示）,①你可以觀察到什么現(xiàn)象？②鐵棒本身質(zhì)量有何變化③溶液質(zhì)量有何變化？,拓展：,1、如何使上圖中鐵棒上析出銅，而鐵的質(zhì)量不變？,2、如何使上圖中鐵棒逐漸溶解，而銅不在鐵棒上析出？,CuSO4(aq),討論2：試將下列兩個氧化還原反應(yīng)分別設(shè)計

7、成兩個原電池,⑴ Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag,⑵ 2Fe3++Fe=3Fe2+,負極： Zn；正極：C 電解質(zhì)溶液：AgNO3（aq）,負極： Fe ；正極：C 電解質(zhì)溶液：Fe2(SO4)3 （aq）,金屬的腐蝕 金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程，即為金屬的腐蝕。其本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程。,⑴化學(xué)腐蝕與電化腐蝕,鋼鐵的析氫腐蝕示意圖,鋼鐵的吸氧腐

8、蝕示意圖,O2+2H2O+4e- =4OH—,2H++2e- =H2↑,Fe+2H+=Fe2++H2↑,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,Fe - 2e— = Fe2+,Fe - 2e— = Fe2+,水膜酸性較強,水膜酸性很弱或中性,4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3,思考：如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：,⑴若試管內(nèi)液面上升，則溶液呈 性,發(fā)生 腐蝕,寫出正負極電

9、極反應(yīng)式負極： 正極： ;,若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕，寫出正負極電極反應(yīng)式：負極： 正極： 。,中性或堿性,吸氧,Fe–2e-＝Fe2+,O2+2H2O+4e-＝4OH－,酸性,析氫,Fe–2e-＝Fe2+,2H++2e-＝H2↑,金屬的防護　　1、  改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)

10、。　　2、  在金屬表面覆蓋保護層。　　涂油脂、油漆，覆蓋搪瓷、塑料，電鍍、噴鍍，在鋼鐵表面形成致密而穩(wěn)定的氧化膜?！　?、  電化學(xué)保護法。,,三、金屬的腐蝕和防護,討論:結(jié)合生活實際,談?wù)勀闼私獾姆雷o金屬受腐蝕的方法有哪些?,例3：解釋下列現(xiàn)象：⑴為什么實驗室制氫氣時常用不純的Zn？⑵馬口鐵和白鐵一旦有劃痕后，在潮濕的空氣中，誰被腐蝕的速度快？,在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：電解原理

11、引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕 防腐措施由好到壞的順序如下：外接電源的陰極保護法＞犧牲陽極的陰極保護法＞有一般防腐條件的腐蝕＞無防腐條件的腐蝕,例4：下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是,,(4),(2),(1),(3),練習: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：

12、,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,O2+2H2O+4e-＝4OH-,2Fe–4e-＝2Fe2+,原電池應(yīng)用,負極（鋅筒） ：Zn-2e-=Zn 2+,正極（石墨） ： 2NH4+ +2e-= 2NH3↑+ 2H2↑,總反應(yīng)：Zn+2NH4+=Zn 2++2NH3↑+2H2↑,1、鋅-錳干電池,常用電池的電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)式書寫,2NH4++2MnO2 + 2e—=2NH

13、3↑+Mn2O3+H2O,Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O,2、鉛蓄電池,負極Pb：Pb+ SO42- -2e- = PbSO4,正極PbO2：PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O,總反應(yīng)：,鈕扣電池：不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，已

14、知電池內(nèi)Zn的氧化產(chǎn)物為ZnO，,3、銀-鋅電池,負極：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O,正極：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH-,總反應(yīng)： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag,4、燃料電池,負極H2：2H2+4OH- -4e- =4H2O,正極O2：O2+2H2O +4e- =4OH-,總反應(yīng)： O2+2H2 =2H2O,氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣

15、體由孔隙逸出，并在電極表面放電。,例3：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高能、輕便、無污染的優(yōu)點。氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時的總反應(yīng)都可以表示為2H2+O2=2H2O，酸式電池中電解質(zhì)是酸，其負極反應(yīng)可表示為2H2-4e-=4H+ ，則其正極反應(yīng)式為______________ _。堿式電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-，則其負極反應(yīng)可表示為____________

16、 ________。,O2+4e-+4H+=2H2O,2H2-4e-+4OH-=4H2O,4、氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然使用方便，卻受到價格和來源的限制。常用的燃料往往是某些碳氫化合物，如：甲烷、汽油等。請寫出將圖中氫氣換成甲烷時所構(gòu)成的甲烷燃料電池中a極的電極反應(yīng)式： ，此時電池內(nèi)總的反應(yīng)式 ：

17、 。,,CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,有人設(shè)計出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是（ ）①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole-②負極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式： CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2

18、O③負極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-=4OH-④電池放電后，溶液pH不斷升高 A.①② B.①③ C.①④ D.③④,A,5、(99理綜)熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物做電解質(zhì),CO為陽極燃氣,空氣與CO2的混合氣為陰極助燃氣,制得在6500℃下工

19、作的燃料電池,完成有關(guān)的電池反應(yīng)式: 負極反應(yīng)式: , 正極反應(yīng)式:O2+2CO2+4e=2CO32- 總電池反應(yīng) 式: .,2CO+2CO32--4e- =4CO2,2CO+O2=2CO2,解析：作為燃料電池，總的效果就是把燃料進行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中O2為氧化劑，電

20、池總反應(yīng)式為：2CO+O2==2CO2。用總反應(yīng)式減去電池正極（即題目指的陰極）反應(yīng)式，就可得到電池負極（即題目指的陽極）反應(yīng)式： 2CO+2CO32--4e- =4CO2 。,5、海水電池（電解質(zhì)溶液為海水）,負極：4Al-12e—=4Al3+，正極：3O2+6H2O+12e—=12OH—總反應(yīng)：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,6、鋰電池（非水有機溶劑電解液）,負極：2Li-2e—=2Li+，正極：I2+2e—=2I—

21、，總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI,跟相同質(zhì)量的其它金屬作負極相比，使用壽命延長，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。,2、比較金屬活動性強弱。,例2、下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是-----------（ ）A.甲和乙用導(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；C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；,C,原電池應(yīng)

22、用,3、比較金屬腐蝕的快慢,原電池應(yīng)用,4、加快置換反應(yīng)的速率：如制H2時，粗鋅比純鋅快,電 解 原 理,與電源正極相連的碳棒（陽極）有氣泡生成，且有刺激性氣味，能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍與電源負極相連的碳棒（陰極）上有一層紅色的固體析出,實驗現(xiàn)象,－－Cl2,－－Cu,結(jié)論：氯化銅溶液通電后發(fā)生了化學(xué)變化，而電流的作用是這種化學(xué)變化的根本原因。,通電前，氯化銅溶液中有哪些離子？運動情況如何？,思考,3. 當離子定向移動到電極表面時，

23、發(fā)生的是什么類型的反應(yīng)？,4. 電路中，電子的流動方向如何？,,CuCl2＝Cu2++2Cl— H2O H++OH—,2. 通電時，離子的運動情況有什么改變？,一、電解原理,使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極上引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。,1. 電解,電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽 。,2. 電解池,3. 構(gòu)成電解池的條件,電源、電極、電解質(zhì)溶液,陽極 與電源正極相連發(fā)生氧化反應(yīng),陰極 與電源負極相連

24、發(fā)生還原反應(yīng),電解時所使用的電極分為兩類： 一類為惰性電極，只起導(dǎo)體作用（如鉑、石墨等），并不參加反應(yīng)。 另一類為活性電極（除鉑、金以及在電解時很容易鈍化的鉛、鉻外的金屬），若活性電極為陰極也只起導(dǎo)體的作用；若為陽極，則發(fā)生氧化反應(yīng)的往往是電極本身。,e-,e-,e-,e-,e-,e-,電解池中電子的移動方向,電子的流向：,電源負極→電解池陰極→電解質(zhì)溶液→電解池陽極→電源正極,電流的流向與電子的流向相反。,總反應(yīng)：,陰極：

25、 Cu2+ + 2e— = Cu陽極： 2Cl— - 2e— = Cl2,4. 離子放電順序（氧化性、還原性強弱）,陰離子失去電子或陽離子得到電子的過程叫放電。放電的順序取決于離子的本性，也與離子濃度和電極材料有關(guān)。,離子的放電順序：,（1）在惰性電極的陰極上，陽離子放電順序：,Au3+、Ag+、Hg2+、Cu2+、H+、Fe2+、Zn2+、Al3+、Mg2+,,放電由易到難,（2）在惰性電極的陽極上，陰離子放

26、電順序：,S2—、I—、Br—、Cl—、OH—、NO3—、SO42—、F—,,放電由易到難,※首先考慮陽極本身是否為惰性電極,例:以石墨為電極，電解下列物質(zhì)：,鹽酸、水2. NaCl溶液、AgNO3溶液、CuSO4溶液3. Na2SO4溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液,例 用石墨棒電解飽和食鹽水,Cl— OH-,,H+得電子生成H2,,NaCl= Na+ + Cl-,H2O? H+ + OH-,Na+ H+,,陰極

27、,,陽極,,Cl-失電子生成Cl2,陽極： 2Cl— - 2e— =Cl2陰極： 2H+ + 2e— = H2,,2H2O + 2e- = H2 + 2OH-,問：電解一段時間后，溶液的pH如何變化？ 如何使溶液復(fù)原？,二、酸堿鹽溶液的電解規(guī)律：,H2SO4,HCl,O2,H2,H2O,增大,降低,H2,Cl2,減小,升高,HCl,升高,NaOH,O2,H2,H2O,增大,CuCl2,CuCl2,Cu,減小,升高,Cl2,

28、升高,NaCl,Cl2,H2,NaCl H2O,減小,降低,CuSO4,O2,Cu,CuSO4 H2O,減小,不變,Na2SO4,O2,H2,H2O,增大,1、用惰性電極電解酸、堿、鹽的水溶液時，其基本規(guī)律是：,（1）實質(zhì)是電解水：電解含氧酸溶液、強堿溶液、活潑金屬的含氧酸的鹽溶液,（2）實質(zhì)是電解電解質(zhì)本身：電解無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液時，相當于溶質(zhì)本身被分解。,（3）實質(zhì)是電解電解質(zhì)和水：電解活潑金屬的

29、無氧酸鹽溶液、不活潑金屬的含氧酸鹽溶液。,※取決于放電順序※,2、判斷溶液的pH變化：,先分析原溶液的酸堿性，再看電極產(chǎn)物。,（1）如果只產(chǎn)生氫氣而沒有氧氣，只pH變大；,（2）如果只產(chǎn)生氧氣而沒有氫氣，只pH變?。?（3）如果既產(chǎn)生氫氣又產(chǎn)生氧氣,①若原溶液呈酸性則pH減??；,②若原溶液呈堿性pH增大；,③若原溶液呈中性pH不變。,指出下列裝置的名稱、電極名稱，寫出電極反應(yīng)式，并表示出電子移動方向。,Ⅰ

30、 Ⅱ,e-,,e-,,e-,,e-,,e-,,－,+,陽,陰,,原電池,,電解池,Zn,Cu,C,C,H2SO4,H2SO4,3 關(guān)于兩個池子的連接問題,CuCl2,H2SO4,標出各電極判斷各電極的產(chǎn)物 當產(chǎn)生64g銅時，其他電極的電極產(chǎn)物各有多少克？,電解質(zhì)溶于水或受熱融化狀態(tài),電解質(zhì)電離后，再通直流電,電解質(zhì)電離成為自由移動的離子例： CuCl2＝Cu2++2Cl—,陰陽離子定向移動，在兩極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。如：,

31、,只產(chǎn)生自由移動的離子,電解必須建立在電離的基礎(chǔ)上,發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成了新物質(zhì),三、電解應(yīng)用,1、銅的電解精練,（1）精練銅裝置,① 陽極——粗銅 陰極——精銅,②電解質(zhì)溶液—硫酸銅溶液,（2）電極反應(yīng)：,陰極：Cu2++2e—=Cu陽極：Cu-2e—=Cu2+,注意：,1、當含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時，位于金屬活動性順序銅以前的金屬雜質(zhì)如Zn、Fe、Ni等，同時失去電子，只留在電解液中。,2、位于銅之后的銀、

32、金、鉑等金屬以單質(zhì)形式沉積在電解槽底，形成陽極泥。陽極泥可以提煉金、銀等貴重金屬。,3、用電解精練法得到的銅叫做電解銅，純度為99.95%——99.98%,4、電解質(zhì)溶液：溶液中CuSO4的濃度基本保持不變。實際情況呢?,2、電鍍銅,（1）電鍍原理：應(yīng)用電解的原理在某些金屬表面鍍上一層其他金屬或合金的過程。,目的：使金屬增強抗腐蝕的能力，增加美觀和表面硬度。,（2）電鍍裝置：,①電極 陽極——鍍層金屬 陰極——待鍍金屬制品,

33、②電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液。,③電解質(zhì)溶液：溶液中CuSO4的濃度保持不變。,以Fe 制品鍍Zn為例：,Fe ---被鍍件Zn---鍍層金屬,陰 極,陽 極,電鍍液： ZnSO4 溶液,Zn – 2e- = Zn2+,Zn2+ + 2e- = Zn,(鍍層金屬陽離子的溶液),練習:設(shè)計一銅件上鍍銀的電鍍池.,3 電解飽和食鹽水制燒堿,陽極： 2Cl— - 2e— =Cl2陰極： 2H+ + 2e— = H2,（1）

34、生產(chǎn)設(shè)備：離子交換膜電解槽陽離子交換膜：只許陽離子通過，把電解槽隔成陰極室和陽極室。（2）離子交換膜的作用： a防止氯氣和氫氣混合而引起爆炸 b避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)影響氫氧化鈉的產(chǎn)量,裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連.請回答以下問題：,練習1．(15分)電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個電解池，,（1）若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則①

35、電解池中X極上的電極反應(yīng)式為 。在X極附近觀察到的現(xiàn)象是 。?、赮電極上的電極反應(yīng)式為 ，檢驗該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是 。（2）如要用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則 ①X電極的材料是 ，電極反應(yīng)式是 。 ②Y電極的材料是 ，電極反應(yīng)式是 。,練習2：蓄電池在放電時起原電池的作用，在充電時起電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分

36、別在充電和放電時發(fā)生的反應(yīng)：下列有關(guān)愛迪生蓄電池的推斷錯誤的是( ) A．放電時，F(xiàn)e是負極，NiO2是正極 B．蓄電池的電極可以浸入某中酸性電解質(zhì)溶液中C．充電時，陰極上的電極反應(yīng)為： D．放電時，電解質(zhì)溶液中的陰離子向正極方向移動