化学选修4原电池文档

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1、1氧化还原反应的本质是反应物之间电子的转移，但是在通常的氧化还原反应中并不能获得电流。如将锌氧化还原反应的本质是反应物之间电子的转移，但是在通常的氧化还原反应中并不能获得电流。如将锌 片放在片放在 CuSO4 溶液中，可以看到铜被锌置换出来，并放出热量，其反应为：溶液中，可以看到铜被锌置换出来，并放出热量，其反应为：Cu2ZnZn2Cu。 在此反应中，锌原子把电子直接给了在溶液中与之接触的在此反应中，锌原子把电子直接给了在溶液中与之接触的 Cu2，被氧化成，被氧化成 Zn2，进入溶液；而，进入溶液；而 Cu2在锌片上直接得到电子，被还原成铜在锌片上直接得到电子，被还原成铜(相当于短路相当于短路

2、)，得不到电流。，得不到电流。 一、原电池结构及工作原理一、原电池结构及工作原理 1原电池的概念原电池的概念 (1)原电池的定义：能把化学能转化为电能的装置叫做原电池。原电池的定义：能把化学能转化为电能的装置叫做原电池。 (2)原电池的电极。原电池的电极。 负极：发生氧化反应，电子流出负极：发生氧化反应，电子流出(流向正极流向正极)的一极。的一极。 正极：发生还原反应，电子流入正极：发生还原反应，电子流入(来自负极来自负极)的一极的一极 (3)原电池中电荷的移动。原电池中电荷的移动。 在氧化还原反应的过程中，在外电路在氧化还原反应的过程中，在外电路(电解质溶液以外电解质溶液以外)，电子由负极经

3、导线，电子由负极经导线(包括电流计和其他用电器包括电流计和其他用电器)流流 向正极，使负极呈正电性趋势，正极呈负电性趋势。由电性作用原理可知，在内电路向正极，使负极呈正电性趋势，正极呈负电性趋势。由电性作用原理可知，在内电路(电解质溶液中电解质溶液中)，阳，阳 离子离子(带正电荷带正电荷)向正极移动，阴离子向正极移动，阴离子(带负电荷带负电荷)向负极移动。这样就形成了电荷连续定向移动，电性趋向向负极移动。这样就形成了电荷连续定向移动，电性趋向 平衡的闭合电路。平衡的闭合电路。 若化学反应的过程中有电子转移，我们就可以把这个过程中的电子转移设计成定向移动，即形成电流。若化学反应的过程中有电子转移

4、，我们就可以把这个过程中的电子转移设计成定向移动，即形成电流。 所以只有氧化还原反应中的能量变化才能被转化成电能；非氧化还原反应中的能量变化不能设计成电池所以只有氧化还原反应中的能量变化才能被转化成电能；非氧化还原反应中的能量变化不能设计成电池 的形式被人类利用，但可以以光能、热能等其他形式的能量被人类应用。的形式被人类利用，但可以以光能、热能等其他形式的能量被人类应用。 2组成原电池的条件组成原电池的条件 (1)有两种活动性不同的金属有两种活动性不同的金属(或一种非金属导体或一种非金属导体)作电极。作电极。 (2)电极材料均插入电解质溶液中。电极材料均插入电解质溶液中。 (3)两极相连形成闭

5、合回路。两极相连形成闭合回路。 (4)能自发地发生氧化还原反应。能自发地发生氧化还原反应。 说明：说明：原电池中，负极的金属性比正极的金属性强。原电池中，负极的金属性比正极的金属性强。 形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。如图所示：形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。如图所示：案例精析案例精析 【例例 1】 如图所示装置中，能组成原电池的是如图所示装置中，能组成原电池的是( )2 如图所示装置不是原电池的是如图所示装置不是原电池的是( )21.实验设计实验设计 (1)按照图按照图 1 中所示装置进行实验。观察两个金属片

6、插入溶液后检流计指针位置的变化、金属电极表面的中所示装置进行实验。观察两个金属片插入溶液后检流计指针位置的变化、金属电极表面的 变化及溶液温度的变化，分析是否有电流产生。变化及溶液温度的变化，分析是否有电流产生。(2)按照图按照图 2 组装实验装置。观察反应过程中检流计指针位置的变化，判断是否有电流产生，并观察电极组装实验装置。观察反应过程中检流计指针位置的变化，判断是否有电流产生，并观察电极 表面以及溶液温度的变化。表面以及溶液温度的变化。 注意：盐桥是将热的琼脂溶液注意：盐桥是将热的琼脂溶液(可以是可以是 KCl 溶液或溶液或 NH4NO3 溶液溶液)倒入倒入 U 形管中形管中(不能产生裂

7、隙不能产生裂隙)，将冷却，将冷却 后的后的 U 形管浸泡在形管浸泡在 KCl 饱和溶液或饱和溶液或 NH4NO3 饱和溶液中制得。离子在盐桥中能定向移动，通过盐桥将饱和溶液中制得。离子在盐桥中能定向移动，通过盐桥将 两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。 2实验记录实验记录(见下表见下表)电流产生情况电流产生情况 电极表面变化情况电极表面变化情况温度变化情温度变化情 况况能量变化情况能量变化情况(1)有电流产生有电流产生锌片质量减少，同时锌片质量减少，同时 Cu 片上有红片上有红 色物质析出，色物质析出，Cu 片质量增加片质量增加溶液温

8、度升溶液温度升 高高化学能转化为电能、热化学能转化为电能、热 能能(2)有电流产生有电流产生锌片质量减少，铜片上有红色物质锌片质量减少，铜片上有红色物质 析出，铜片质量增加析出，铜片质量增加溶液温度不溶液温度不 变变化学能转化为电能化学能转化为电能3.实验分析实验分析 (1)对于该装置所示原电池：对于该装置所示原电池： Zn 片：片：Zn2eZn2(氧化反应氧化反应)； Cu 片：片：Cu22eCu(还原反应还原反应)； 同时在同时在 Zn 片上，片上，Zn 可直接与可直接与 CuSO4 溶液反应，生成溶液反应，生成 Cu 与与 ZnSO4，因此该装置中既有化学能转化为电，因此该装置中既有化学

9、能转化为电3能，同时也有化学能转化为热能。能，同时也有化学能转化为热能。 (2)对于该装置所示原电池：对于该装置所示原电池： 锌片：负极锌片：负极 Zn2eZn2(氧化反应氧化反应)； 铜片：正极铜片：正极 Cu22eCu(还原反应还原反应)； 总化学方程式：总化学方程式：ZnCu2CuZn2。 4实验原理分析实验原理分析 当有盐桥存在时，在当有盐桥存在时，在 ZnSO4 溶液中，溶液中，Zn 片逐渐溶解，即片逐渐溶解，即 Zn 被氧化，锌原子失去电子，形成被氧化，锌原子失去电子，形成 Zn2进入进入 溶液，从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片，溶液，从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片，

10、CuSO4 溶液中的溶液中的 Cu2从铜片上得到电子，还原成从铜片上得到电子，还原成 为金属铜并沉积在铜片上，随着反应的进行，左边烧杯溶液中为金属铜并沉积在铜片上，随着反应的进行，左边烧杯溶液中 c(Zn2)增大，右边烧杯中增大，右边烧杯中 c(Cu2)减小，减小， 此时，盐桥中的此时，盐桥中的 Cl会移向会移向 ZnSO4 溶液，溶液，K移向移向 CuSO4 溶液，使溶液，使 ZnSO4 溶液和溶液和 CuSO4 溶液均保持溶液均保持 电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地产生电流。其工作原理可用如图所示流程图电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地产生电流。其工作

11、原理可用如图所示流程图表示：表示：【例例 2】 下列关于原电池的叙述中正确的是下列关于原电池的叙述中正确的是 ( ) A构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属 B原电池是将化学能转变为电能的装置原电池是将化学能转变为电能的装置 C原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原 D原电池工作时，电流的方向是从负极到正极原电池工作时，电流的方向是从负极到正极 1 在如右图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电流从电极在如右图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电流从电极 X 流向电极流向电极 Y。若。若 X 为铁，则为铁，则

12、Y 可能是可能是( )A锌锌 B石墨石墨 C银银 D铜铜1.原电池正、负极的判断方法：原电池正、负极的判断方法： (1)由组成原电池的两极材料判断。由组成原电池的两极材料判断。 一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 (2)根据电流方向或电子流动方向判断。根据电流方向或电子流动方向判断。 电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。 (3)根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。 在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴

13、离子移向负极。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 (4)根据原电池两极发生的变化来判断。根据原电池两极发生的变化来判断。 原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。 (5)电极增重或减轻。电极增重或减轻。4工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极(正极正极)放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小，放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小， 说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。 (6)有气泡冒出。有气泡冒出。

14、 电极上有气泡冒出，是因为发生了析出电极上有气泡冒出，是因为发生了析出 H2 的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。 2原电池电极反应式和总反应式的书写原电池电极反应式和总反应式的书写 (1)题目给定原电池的装置图，未给总反应式：题目给定原电池的装置图，未给总反应式： 首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 结合介质判断出还原产物和氧化产物。结合介质判断出还原产物和氧化产物。 写出电极反应式写出电极反应式(注意两极得失电子数相等注意两极得失电子数相等)，将两电极反应式相加可得总反应式。，将两

15、电极反应式相加可得总反应式。 (2)题目中给出原电池的总反应式：题目中给出原电池的总反应式： 分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反 应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂参加的反应即为负极反应。应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂参加的反应即为负极反应。 当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意介质的反应。当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意介质的反应。 若有一电极反应较难写出，

16、可先写出较易写出的电极反应，然后再利用总反应式减去该电极反应即得若有一电极反应较难写出，可先写出较易写出的电极反应，然后再利用总反应式减去该电极反应即得 到另一电极反应。到另一电极反应。 说明：在书写电极反应式时要注意哪些方面？说明：在书写电极反应式时要注意哪些方面？ 1两极得失电子数目相等；两极得失电子数目相等； 2电极反应式常用电极反应式常用“”不用不用“ ”表示；表示； 3电极反应式中若有气体生成，需加电极反应式中若有气体生成，需加“”“” ；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表 示；示； 4写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需