《原電池原理及其應用》培訓課件

1、原電池原理及其應用,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能提供電子？,把化學能轉化為電能的裝置 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、電極需插入電解質溶液中；,3、必須形成閉合回路

2、。,電極上發(fā)生了什么反應？如何表示？,(×),(∨),2H++2e-＝H2↑,負極：,總反應：,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（電解質溶液中）：負極 →正極,氧化反應，電子流出,還原反應，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，稀硫酸作電解質溶液的原電池中：①Cu作____極, ②Fe作____極電極反應式是：負極____________ 正極_____________總反應式是__________________________如將稀硫酸改為濃硝酸則：①Cu作____極, ②Fe作____極電極反應式是：負極____________ 正極_____________總反應式是______

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_____________________________________。兩極反應式

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

6、l表面有氣泡；電流表指針偏轉,Mg-2e-=Mg2+,2H++2e-=H2↑,化學,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鐵棒本身質量有何變化③溶液質量有何變化？,拓展：,1、如何使上圖中鐵棒上析出銅，而鐵的質量不變？,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分別設計

7、成兩個原電池,⑴ Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag,⑵ 2Fe3++Fe=3Fe2+,負極： Zn；正極：C 電解質溶液：AgNO3（aq）,負極： Fe ；正極：C 電解質溶液：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反應而腐蝕損耗的過程，即為金屬的腐蝕。其本質是金屬原子失去電子被氧化的過程。,⑴化學腐蝕與電化腐蝕,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, 水槽中試管內有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：,⑴若試管內液面上升，則溶液呈 性,發(fā)生 腐蝕,寫出正負極電

9、極反應式負極： 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、  改變金屬的內部組織結構

10、。　　2、  在金屬表面覆蓋保護層?！　⊥坑椭⒂推?，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?！　?、  電化學保護法。,,三、金屬的腐蝕和防護,討論:結合生活實際,談談你所了解的防護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，按要求寫出有關反應方程式：（1）鐵棒上的電極反應式為：（2）碳棒上的電極反應式為：（3）溶液中發(fā)生反應的化學方程式：

12、,2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,O2+2H2O+4e-＝4OH-,2Fe–4e-＝2Fe2+,原電池應用,負極（鋅筒） ：Zn-2e-=Zn 2+,正極（石墨） ： 2NH4+ +2e-= 2NH3↑+ 2H2↑,總反應：Zn+2NH4+=Zn 2++2NH3↑+2H2↑,1、鋅-錳干電池,常用電池的電極反應和電池總反應式書寫,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：,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，電解質溶液為濃KOH溶液，已

14、知電池內Zn的氧化產物為ZnO，,3、銀-鋅電池,負極：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O,正極：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH-,總反應： 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： O2+2H2 =2H2O,氫氧燃料電池是一種新型的化學電池，其構造如圖示：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都可以表示為2H2+O2=2H2O，酸式電池中電解質是酸，其負極反應可表示為2H2-4e-=4H+ ，則其正極反應式為______________ _。堿式電池的電解質是堿，其正極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-，則其負極反應可表示為____________

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成的甲烷燃料電池中a極的電極反應式： ，此時電池內總的反應式 ：

17、 。,,CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,有人設計出利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反應類似于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，電極反應式： CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2

18、O③負極上是O2獲得電子，電極反應式為：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,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,完成有關的電池反應式: 負極反應式: , 正極反應式:O2+2CO2+4e=2CO32- 總電池反應 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、池總反應式為：2CO+O2==2CO2。用總反應式減去電池正極（即題目指的陰極）反應式，就可得到電池負極（即題目指的陽極）反應式： 2CO+2CO32--4e- =4CO2 。,5、海水電池（電解質溶液為海水）,負極：4Al-12e—=4Al3+，正極：3O2+6H2O+12e—=12OH—總反應：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：2Li+I2=2LiI,跟相同質量的其它金屬作負極相比，使用壽命延長，高能、質輕、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

22、用,3、比較金屬腐蝕的快慢,原電池應用,4、加快置換反應的速率：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,結論：氯化銅溶液通電后發(fā)生了化學變化，而電流的作用是這種化學變化的根本原因。,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？,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,使電流通過電解質溶液而在陰、陽兩極上引起氧化還原反應的過程叫做電解。,1. 電解,電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽 。,2. 電解池,3. 構成電解池的條件,電源、電極、電解質溶液,陽極 與電源正極相連發(fā)生氧化反應,陰極 與電源負極相連

24、發(fā)生還原反應,電解時所使用的電極分為兩類： 一類為惰性電極，只起導體作用（如鉑、石墨等），并不參加反應。 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體的作用；若為陽極，則發(fā)生氧化反應的往往是電極本身。,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：,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。,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：,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）實質是電解電解質本身：電解無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液時，相當于溶質本身被分解。,（3）實質是電解電解質和水：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，再看電極產物。,（1）如果只產生氫氣而沒有氧氣，只pH變大；,（2）如果只產生氧氣而沒有氫氣，只pH變?。?（3）如果既產生氫氣又產生氧氣,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 關于兩個池子的連接問題,CuCl2,H2SO4,標出各電極判斷各電極的產物 當產生64g銅時，其他電極的電極產物各有多少克？,電解質溶于水或受熱融化狀態(tài),電解質電離后，再通直流電,電解質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。如：,

31、,只產生自由移動的離子,電解必須建立在電離的基礎上,發(fā)生氧化還原反應生成了新物質,三、電解應用,1、銅的電解精練,（1）精練銅裝置,① 陽極——粗銅 陰極——精銅,②電解質溶液—硫酸銅溶液,（2）電極反應：,陰極：Cu2++2e—=Cu陽極：Cu-2e—=Cu2+,注意：,1、當含雜質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溶液。,③電解質溶液：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、生產設備：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影響氫氧化鈉的產量,裝有電解液a；X、Y是兩塊電極板，通過導線與直流電源相連.請回答以下問題：,練習1．(15分)電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應用。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極上的電極反應式為 。在X極附近觀察到的現(xiàn)象是 ?！、赮電極上的電極反應式為 ，檢驗該電極反應產物的方法是 。（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 ，電極反應式是 。 ②Y電極的材料是 ，電極反應式是 。,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：下列有關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溶液中C．充電時，陰極上的電極反應為： D．放電時，電解質溶液中的陰離子向正極方向移動