《原电池原理及其应用》培训课件.pptx

1、原电池原理及其应用,什么是电流？形成电流的条件是什么？,我们接触到的哪类反应能提供电子？,把化学能转化为电能的装置 叫做原电池,(),(),(),按以下装置，判断哪些能形成原电池？,(),(),(),归纳：构成原电池的条件是什么？,1、两个电极（活泼性不同） 负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属或石墨等,2、电极需插入电解质溶液中；,3、必须形成闭合回路。,电极上发生了什么反应？如何表示？,(),(),2H+2e-H2,负极：,总反应：,正极：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,电极方程式的书写：,(),(),负极：,正极：,电子流向：,阳离子流向（电解质溶液中）：负极 正极,

2、氧化反应，电子流出,还原反应，电子流入,负极 正极,正负极的判断：,电极金属的活泼性,电子的流向,电极反应类型,当然，也要注意具体情况。,例1、Cu、Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：Cu作_极, Fe作_极电极反应式是：负极_ 正极_总反应式是_如将稀硫酸改为浓硝酸则：Cu作_极, Fe作_极电极反应式是：负极_ 正极_总反应式是_,Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2 +2H2O,正,负,Fe-2e-=Fe2+,2H+2e-=H2,Fe+H2SO4=FeSO4+H2,负,正,Cu-2e-=Cu2+,2NO3-+4H+2e-=2NO2 +2H2O,如图所示装置：（1）若

3、烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象为_。两极反应式为：正极 _； 负极 _.该装置将_能转化为_。（2）若烧杯中溶液为NaOH溶液，则正极为_，总反应方程式为: .,Al表面有气泡；电流表指针偏转,Mg-2e-=Mg2+,2H+2e-=H2,化学,电能,Mg,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,讨论1：将铁棒插入CuSO4溶液中（如图所示）,你可以观察到什么现象？铁棒本身质量有何变化溶液质量有何变化？,拓展：,1、如何使上图中铁棒上析出铜，而铁的质量不变？,2、如何使上图中铁棒逐渐溶解，而铜不在铁棒上析出？,CuSO4(aq),讨论2：试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原

4、电池, Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag, 2Fe3+Fe=3Fe2+,负极： Zn；正极：C 电解质溶液：AgNO3（aq）,负极： Fe ；正极：C 电解质溶液：Fe2(SO4)3 （aq）,金属的腐蚀 金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,化学腐蚀与电化腐蚀,钢铁的析氢腐蚀示意图,钢铁的吸氧腐蚀示意图,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

5、性较强,水膜酸性很弱或中性,4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3,思考：如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,若试管内液面上升，则溶液呈 性,发生 腐蚀,写出正负极电极反应式负极： 正极： ;,若液面下降，则溶液呈 性，发生 腐蚀，写出正负极电极反应式：负极： 正极： 。,中性或碱性,吸氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,金属的防护1、 改变金属的内部组织结构。2、 在金属表面覆盖保护层。涂油脂、油漆，覆盖搪瓷、塑料，电镀、喷镀，在钢铁表面形成致密而稳定的氧化膜。3、 电化学保护法。,三、金属的腐蚀和

6、防护,讨论:结合生活实际,谈谈你所了解的防护金属受腐蚀的方法有哪些?,例3：解释下列现象：为什么实验室制氢气时常用不纯的Zn？马口铁和白铁一旦有划痕后，在潮湿的空气中，谁被腐蚀的速度快？,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀,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),练习:分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）铁棒上的电极反应式为：（2）碳棒上的电极反应

7、式为：（3）溶液中发生反应的化学方程式：,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,O2+2H2O+4e-4OH-,2Fe4e-2Fe2+,原电池应用,负极（锌筒） ：Zn-2e-=Zn 2+,正极（石墨） ： 2NH4+ +2e-= 2NH3+ 2H2,总反应：Zn+2NH4+=Zn 2+2NH3+2H2,1、锌-锰干电池,常用电池的电极反应和电池总反应式书写,2NH4+2MnO2 + 2e=2NH3+Mn2O3+H2O,Zn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,2、铅蓄电池,负极Pb：Pb+ SO42- -2

8、e- = PbSO4,正极PbO2：PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O,总反应：,钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO，,3、银-锌电池,负极：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O,正极：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH-,总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag,4、燃料电池,负极H2：2H2+4OH- -4e- =4H2O,正极O2：O2+2H2O +4e-

9、=4OH-,总反应： O2+2H2 =2H2O,氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。,例3：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+ ，则其正极反应式为_ _。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为_ _。,O2+4e-+4H+=2H2O,2H2-4e-+4OH-=4H2O,4、氢气是燃料电池最简单的燃料

10、，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式： ，此时电池内总的反应式 ： 。,CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（ ）每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-负极上CH4失去电子，电极反应式： CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为：O2+2H

11、2O+4e-=4OH-电池放电后，溶液pH不断升高 A. B. C. D.,A,5、(99理综)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式: 负极反应式: , 正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32- 总电池反应 式: .,2CO+2CO32-4e- =4CO2,2CO+O2=2CO2,解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2=2CO2。用总反应式减去电池

12、正极（即题目指的阴极）反应式，就可得到电池负极（即题目指的阳极）反应式： 2CO+2CO32-4e- =4CO2 。,5、海水电池（电解质溶液为海水）,负极：4Al-12e=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e=12OH总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,6、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li-2e=2Li+，正极：I2+2e=2I，总反应：2Li+I2=2LiI,跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。,2、比较金属活动性强弱。,例2、下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是-（ ）A.甲和乙用导线连接插入稀盐

13、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；,C,原电池应用,3、比较金属腐蚀的快慢,原电池应用,4、加快置换反应的速率：如制H2时，粗锌比纯锌快,电 解 原 理,与电源正极相连的碳棒（阳极）有气泡生成，且有刺激性气味，能使湿润的KI淀粉试纸变蓝与电源负极相连的碳棒（阴极）上有一层红色的固体析出,实验现象,Cl2,Cu,结论：氯化铜溶液通电后发生了化学变化，而电流的作用是这种化学变化的根本原因。,通电前，氯化铜溶液中有哪些离子？运动情况如何？,思考,3. 当离子定向移动到电极表面时，发

14、生的是什么类型的反应？,4. 电路中，电子的流动方向如何？,CuCl2Cu2+2Cl H2O H+OH,2. 通电时，离子的运动情况有什么改变？,一、电解原理,使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。,1. 电解,电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽 。,2. 电解池,3. 构成电解池的条件,电源、电极、电解质溶液,阳极 与电源正极相连发生氧化反应,阴极 与电源负极相连发生还原反应,电解时所使用的电极分为两类： 一类为惰性电极，只起导体作用（如铂、石墨等），并不参加反应。 另一类为活性电极（除铂、金以及在电解时很容易钝化的铅、铬外的金属），若活性电极为阴极也只起

15、导体的作用；若为阳极，则发生氧化反应的往往是电极本身。,e-,e-,e-,e-,e-,e-,电解池中电子的移动方向,电子的流向：,电源负极电解池阴极电解质溶液电解池阳极电源正极,电流的流向与电子的流向相反。,总反应：,阴极： Cu2+ + 2e = Cu阳极： 2Cl - 2e = Cl2,4. 离子放电顺序（氧化性、还原性强弱）,阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。放电的顺序取决于离子的本性，也与离子浓度和电极材料有关。,离子的放电顺序：,（1）在惰性电极的阴极上，阳离子放电顺序：,Au3+、Ag+、Hg2+、Cu2+、H+、Fe2+、Zn2+、Al3+、Mg2+,放电由易到难,（2

16、）在惰性电极的阳极上，阴离子放电顺序：,S2、I、Br、Cl、OH、NO3、SO42、F,放电由易到难,首先考虑阳极本身是否为惰性电极,例:以石墨为电极，电解下列物质：,盐酸、水2. NaCl溶液、AgNO3溶液、CuSO4溶液3. Na2SO4溶液、H2SO4溶液、NaOH溶液,例 用石墨棒电解饱和食盐水,Cl OH-,H+得电子生成H2,NaCl= Na+ + Cl-,H2O H+ + OH-,Na+ H+,阴极,阳极,Cl-失电子生成Cl2,阳极： 2Cl - 2e =Cl2阴极： 2H+ + 2e = H2,2H2O + 2e- = H2 + 2OH-,问：电解一段时间后，溶液的pH如

17、何变化？ 如何使溶液复原？,二、酸碱盐溶液的电解规律：,H2SO4,HCl,O2,H2,H2O,增大,降低,H2,Cl2,减小,升高,HCl,升高,NaOH,O2,H2,H2O,增大,CuCl2,CuCl2,Cu,减小,升高,Cl2,升高,NaCl,Cl2,H2,NaCl H2O,减小,降低,CuSO4,O2,Cu,CuSO4 H2O,减小,不变,Na2SO4,O2,H2,H2O,增大,1、用惰性电极电解酸、碱、盐的水溶液时，其基本规律是：,（1）实质是电解水：电解含氧酸溶液、强碱溶液、活泼金属的含氧酸的盐溶液,（2）实质是电解电解质本身：电解无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，相当于溶质本身

18、被分解。,（3）实质是电解电解质和水：电解活泼金属的无氧酸盐溶液、不活泼金属的含氧酸盐溶液。,取决于放电顺序,2、判断溶液的pH变化：,先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。,（1）如果只产生氢气而没有氧气，只pH变大；,（2）如果只产生氧气而没有氢气，只pH变小；,（3）如果既产生氢气又产生氧气,若原溶液呈酸性则pH减小；,若原溶液呈碱性pH增大；,若原溶液呈中性pH不变。,指出下列装置的名称、电极名称，写出电极反应式，并表示出电子移动方向。, ,e-,e-,e-,e-,e-,+,阳,阴,原电池,电解池,Zn,Cu,C,C,H2SO4,H2SO4,3 关于两个池子的连接问题,CuCl2,H2S

19、O4,标出各电极判断各电极的产物 当产生64g铜时，其他电极的电极产物各有多少克？,电解质溶于水或受热融化状态,电解质电离后，再通直流电,电解质电离成为自由移动的离子例： CuCl2Cu2+2Cl,阴阳离子定向移动，在两极上发生氧化还原反应。如：,只产生自由移动的离子,电解必须建立在电离的基础上,发生氧化还原反应生成了新物质,三、电解应用,1、铜的电解精练,（1）精练铜装置, 阳极粗铜 阴极精铜,电解质溶液硫酸铜溶液,（2）电极反应：,阴极：Cu2+2e=Cu阳极：Cu-2e=Cu2+,注意：,1、当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，同时失去电

20、子，只留在电解液中。,2、位于铜之后的银、金、铂等金属以单质形式沉积在电解槽底，形成阳极泥。阳极泥可以提炼金、银等贵重金属。,3、用电解精练法得到的铜叫做电解铜，纯度为99.95%99.98%,4、电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度基本保持不变。实际情况呢?,2、电镀铜,（1）电镀原理：应用电解的原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。,目的：使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。,（2）电镀装置：,电极 阳极镀层金属 阴极待镀金属制品,电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。,电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。,以Fe 制品镀Zn为例：,Fe -被镀件Zn-镀层金属,阴

21、 极,阳 极,电镀液： ZnSO4 溶液,Zn 2e- = Zn2+,Zn2+ + 2e- = Zn,(镀层金属阳离子的溶液),练习:设计一铜件上镀银的电镀池.,3 电解饱和食盐水制烧碱,阳极： 2Cl - 2e =Cl2阴极： 2H+ + 2e = H2,（1）生产设备：离子交换膜电解槽阳离子交换膜：只许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。（2）离子交换膜的作用： a防止氯气和氢气混合而引起爆炸 b避免氯气与氢氧化钠反应影响氢氧化钠的产量,装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连.请回答以下问题：,练习1(15分)电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，,（1

22、）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则电解池中X极上的电极反应式为 。在X极附近观察到的现象是 。Y电极上的电极反应式为 ，检验该电极反应产物的方法是 。（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则 X电极的材料是 ，电极反应式是 。 Y电极的材料是 ，电极反应式是 。,练习2：蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是( ) A放电时，Fe是负极，NiO2是正极 B蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中C充电时，阴极上的电极反应为： D放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动,答案：B、D。,原电池和电解池的区别：,牺牲阳极的阴极保护法：,