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1、第四章 电化学基础第一节 原电池电化学：研究化学能与电能之间相互转换的装 置、过程和效率的科学。过程及装置分 按电化学反应2. 借助电流而发生反应及装置 (如:电解池)1. 产生电流的化学反应及装置 (如:原电池等)第1节 ：原电池第 1 课 时一、原电池的基础知识1.定义： 把化学能转变为电能的 装置 理解：外形无外加电源自发的氧化还原反应氧化还原反应 才可能被设计成原电池 复习回顾CuZn稀硫酸- - -Zn2+H+H+Zn2e- = Zn2+负极负极 正极正极2H+2e-=H2 总反应式:Zn+2H+= Zn2+H2负负正氧化反应 还原反应现象：锌棒溶解，铜棒上有气泡A原电池工作原理Cu
2、Zn- - -Zn2+H+H+负极正极阳离子 阴离子正极 负极SO42-原电池工作原理Ae-（1）有两种活泼性不同的金属（或一种是 非金属单质或金属氧化物）作电极。（2）电极材料均插入电解质溶液中。（3）两极相连形成闭合电路。1.内部条件：能自发进行氧化还原反应 2.外部条件：组成原电池的条件两极一液成回路，氧化还原是中心判断下列装置哪些属于原电池H2SO4Zn Zn（1）石墨石墨H2SO4（2）H2SO4Zn 石墨（3） Zn CuH2SO4（4）CuSO4Zn Cu（5）C2H5OHZn Cu（6）Zn CuZnSO4 CuSO4（7）理论上应看到只在铜片上有大 量气泡，实际上锌片上也有大
3、量 气泡产生，这是什么原因导致的 呢？ 最终又会造成什么后果？怎样 避免和克服呢？A稀H2SO4锌片 铜片想一想学生讨论：造成的主要原因：锌片不纯，以及铜极上聚集了许多氢 气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的 内阻，使电流不能畅通。一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究为了避免发生这种现象【交流 研讨一】让锌片与稀硫酸不直接接触ZnSO4溶液 H2SO4溶液ZnCuA？改进如何改进原电池装置？稀硫酸CuZnA【观察与思考】【结论1】改进后的原电池装置提高了能量转换率ZnSO4溶液H2SO4溶液ZnCuA稀硫酸CuZnAZnSO4溶液 H2SO4溶液ZnCuA【交流 研讨二】改进后的
4、原电池装置还有什么优点？【结论2】改进后的原电池装置化学能不会自动释放【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应改进实验探究二请根据反应： Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu设计一个原电池装置，标出电极 材料和电解质溶液,写出电极反应 方程式.CuSO4 溶液且两个电极上都有红色物质析出电流表指针发生偏转，但随着时间的延续，电流表指 针偏转的角度越来越小，最 终可能没有电流通过。负正负极Zn2e-=Zn2+正极Cu2+2e-=Cu即无法产生持续稳定的电流按下图所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的 CuSO4溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象? 电流计指针不偏转，且
5、 铜片和锌片上均无明显 现象（即:无电子定向 移动） 探究实验二：改进方案ZnSO4Zn CuCuSO4A上述装置构成了原电池吗？为什么？ （溶液不保持电中性）实验探究二：方案改进盐桥A Zn CuZnSO4溶液CuSO4溶液设计如下图（书P71图4-1）所示的原电池装 置，结果如何呢？你能解释它的工作原理吗 ？u盐桥：在U型管中装满用 饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。u盐桥：在U型管中装满用 饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。实验三（书71页实验4-1）实验探索实验现象：分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流 ？盐桥在此的作用是什么？有盐桥存在时电流计指针发 生偏转，即有电流通过电路
6、。取出盐桥，电流计指针即回 到零点，说明没有电流通过。盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙) ，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2) 将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。得出结论由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩 散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的 电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到 锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解 质溶液与KCl溶液反应产生
7、沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。（2）平衡电荷。在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完 成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液 因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会 阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。二、由两个半电池组成原电池的工作原理（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以 适当方式连接，可以获得电流。在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向 外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从 外电路得到电子
8、。 在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳 离子的定向运动而形成内电路。（2）探究组成原电池的条件用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起设计盐桥原电池的思路：u还原剂和氧化产物为负极的 半电池 u氧化剂和还原产物为正极的 半电池Zn+2Ag+=Zn2+2Agu根据电极反应确定合适的电极材料 和电解质溶液 u外电路用导线连通，可以接用电器 u内电路是将电极浸入电解质溶液中 ，并通过盐桥沟通内电路能产生稳定、持续电流的原电 池应具备什么条件？1.要有导电性不同的两个电极 2.两个半反应在不同的区域进行 3.用导线和盐桥分别将两个半电 池连接在一起小结第1节 ：原电池第 2 课 时复习：3
9、. 两个电极相连插入电解质溶液中并形成闭合电路;把化学能直接转化为电能的装置。1.有两块金属(或非金属)导体作电极; 2.电解质溶液二.构成原电池的基本条件：一.原电池：4.有可自发进行的氧化还原反应。三.加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理： 1. 用还原性较强的物质(如：活泼金属)作负极，向外电路提供 电子；用不活泼物质作正极，从外电路得到电子。 2. 原电池在放电时，负极上的电子经过导线流向正极，而氧 化剂从正极上得到电子，两极之间再通过盐桥及原电池内部 溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定电流 的闭合回路。1.利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设
10、计出两种原电 池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。 参考答案 (+)(-)G Zn Pt FeCl3溶液负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应） 正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）(+)(-)ZnCl2溶液FeCl3溶液盐桥G Zn C 负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应） 正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（1）、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。 （2）、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液巩固练习：2.依据氧化还原反应： 2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原 电池如图所
11、示。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是 ； 电解质溶液Y是 ； (2)银电极为电池的 极， 发生的电极反应为 ； X电极上发生的电极反应为 ； (3)外电路中的电子是从 电极流向 电 极。CU铜银正AgNO3溶液2Ag +2e = 2AgCu - 2e = Cu+ -2+3. 用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和 盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）在外电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应为：Ag+e- =Ag 实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A B
12、 C DC二、原电池正负极判断原电池原理的应用原电池原理的应用1.由组成原电池的电极材料判断一般 负极 的金属正极 的金属 或 导体，以及某些金属氧化物可以理解成：与电解质溶液反应 练习：Mg-Al-H2SO4中 是正极，是负极Mg-Al-NaOH中 是正极 是负极MgMgAlAlAlAlMgMg 活泼性强活泼性弱 非金属负极1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断电子由 流出，流入 ；电流由 流出，流入 。负极正极正极负极1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断 3.根据电极反应类型判断负极 电子，发生 反应正极 电子，发生 反应 失得氧化还原
13、1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断 3.根据电极反应类型判断 4.根据电解质溶液离子移动的方向判断阴离子向 极移动（负极带正电荷）阳离子向 极移动（正极带负电荷） 负正1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断 3.根据电极反应类型判断 4.根据电解质溶液离子移动的方向判断 5.根据电极现象来判断 负极 ；正极 ；牺牲、溶解增重、气泡1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断 3.根据电极反应类型判断 4.根据电解质溶液离子移动的方向判断 5.根据电极现象来判断 6.燃料电池中燃料在 反应氧化剂在 反应 负极正极巩固：已
14、知反应AsO43+2I+2H+ AsO3+I2+H2O 是可逆反应设计如图装置，进行下述操作： ()向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安培表 指针偏转；()若改往(B)烧杯中滴加40NaOH 溶液，发现微安培表指针向前述相反方向偏转 试回答： (1)两次操作过程中指针为什么会发生偏转? 答： 。 (2)两次操作过程中指针偏转方向为什么会相反?试用平衡移 动原理解释此现象 答： _。 (3)()操作过程中C1棒上发生的反应为 。 (4)()操作过过程中C2棒上发发生的反应为应为 。 这这是原电电池，指针针偏转转是由于电电子流过电过电 流表B中加盐酸，AsO43发生得电子反应为正极；而当加入NaOH 后，AsO33发生失电子反应，为负极； 2I2e =I2 AsO332e+2OH = AsO43+H2O 第1节 ：原电池第 3 课 时1.利用原电池原理设计新型化学电池；2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸 反应制取氢气； 3.
