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1、选修（四）化学反应原理选修（四）化学反应原理第四章第四章 电化学基础电化学基础电化学电化学：研究化学能与电能之间相互转研究化学能与电能之间相互转 换的换的装置、过程装置、过程和和效率效率的科学。的科学。过过程程及及装装置置分分按按电电化化学学反反应应2. 借助电流而发生反应及装置借助电流而发生反应及装置 (如如:电解池电解池)1. 产生电流的化学反应及装置产生电流的化学反应及装置 (如如:原电池等原电池等)第1节 ：原电池 第第 1 1 课课 时时一、原电池的基础知识一、原电池的基础知识1.1.定义：定义：把把化学能化学能转变为转变为电能电能的的装置装置 理解：理解： 外形无外加电源外形无外加
2、电源 自发的自发的氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应才可能被设计成原电池才可能被设计成原电池 复习回顾复习回顾CuZn 稀稀硫酸硫酸- - -Zn2+H+H+Zn2e- = Zn2+负极负极正极正极2H+2e-=H2总反应式总反应式: :Zn+2H+= Zn2+H2负负正正氧化反应氧化反应还原反应还原反应现象现象：锌棒溶解，铜棒上有气泡锌棒溶解，铜棒上有气泡A原电池工作原理原电池工作原理CuZn- - -Zn2+H+H+负极负极正极正极阳离子阳离子阴离子阴离子正极正极负极负极SO42-原电池工作原理原电池工作原理Ae-（1 1）有两种）有两种活泼性不同活泼性不同的金属（或一种是的
3、金属（或一种是 非金属单质或金属氧化物）作电极。非金属单质或金属氧化物）作电极。 （2 2）电极材料均插入）电极材料均插入电解质电解质溶液中。溶液中。 （3 3）两极相连形成）两极相连形成闭合闭合电路。电路。 1.内部条件：能自发进行内部条件：能自发进行氧化还原氧化还原反应反应2.外部条件：外部条件：组成原电池的条件组成原电池的条件 两极一液成回路，氧化还原是中心两极一液成回路，氧化还原是中心判断下列装置哪些属于原电池判断下列装置哪些属于原电池H2SO4Zn Zn ZnZn（1 1）石墨石墨石墨石墨H2SO4（2 2）H2SO4Zn Zn 石墨石墨（3 3）Zn Zn CuCuH2SO4（4
4、4）CuSO4Zn Zn CuCu（5 5）C2H5OHZn Zn CuCu（6 6）Zn Zn CuCuZnSO4 CuSO4（7 7）理论上应看到只在铜片上有大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量量气泡，实际上锌片上也有大量气泡产生，这是什么原因导致的气泡产生，这是什么原因导致的呢？呢？最终又会造成什么后果？怎样最终又会造成什么后果？怎样避免和克服呢？避免和克服呢？A稀稀H2SO4锌片锌片 铜片铜片想一想想一想？提出问题：提出问题： 上图是将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，上图是将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很
5、快减弱，因此不适合实不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？学生讨论：学生讨论：造成的主要原因：造成的主要原因：锌片不纯，锌片不纯，以及铜极上聚集了许多氢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。内阻，使电流不能畅通。一、对锌铜原电一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究池工作原理的进一步探究为了避免发生这种现象为了避免发生这种现象【交流交流 研讨一研讨一】让锌片与稀硫酸让锌片与稀硫酸不直接
6、接触不直接接触ZnSO4溶液溶液 H2SO4溶液溶液ZnCuA？改进改进如何改进原电池装置？如何改进原电池装置？稀硫酸稀硫酸 CuZnA【观察观察与思考与思考】【结论结论1】改进后的原电池装置改进后的原电池装置提高了能量转换率提高了能量转换率ZnSO4溶液溶液H2SO4溶液溶液ZnCuA稀硫稀硫酸酸 CuZnAZnSO4溶液溶液 H2SO4溶液溶液ZnCuA【交流交流 研讨二研讨二】改进后的原电池装置改进后的原电池装置还有什么优点？还有什么优点？【结论结论2】改进后的原电池装置改进后的原电池装置化学能不会自动释放化学能不会自动释放【启示启示】氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂不直接接触不直接接触也能
7、发生反应也能发生反应改进改进实验探究二请根据反应请根据反应：Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu设计一个原电池装置，标出电极设计一个原电池装置，标出电极材料和电解质溶液材料和电解质溶液, ,写出电极反应写出电极反应方程式方程式. . CuSO4 溶液溶液且两个电极上都有红色物质析出且两个电极上都有红色物质析出 电流表指针发生偏转，电流表指针发生偏转， 但随着时间的延续，电流表指但随着时间的延续，电流表指针偏转的角度越来越小，最针偏转的角度越来越小，最终可能没有电流通过。终可能没有电流通过。负负正正负极负极Zn2e-=Zn2+正极正极Cu2+2e-=Cu即无法产生持续稳定的电流即无法产
8、生持续稳定的电流 按下图所示按下图所示, , 将置有锌片的将置有锌片的ZnSOZnSO4 4溶液和置有铜片的溶液和置有铜片的CuSOCuSO4 4溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象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，且电流计指针不偏转，且铜片和锌片上均无明显铜片和锌片上均无明显现象（即现象（即: :无电子定向无电子定向移动）移动） 探究实验二：改进方案探究实验二：改进方案ZnSO4Zn CuCuSO4A上述装置构成了原电池吗？为什么上述装置构成了原电池吗？为什么？ （溶液不保持电中性）溶液不保持电中性）实验探究二：方案改进盐桥盐桥AZn CuZnSO4溶液溶
9、液CuSO4溶液溶液设计如下图（书设计如下图（书P71P71图图4-14-1）所示的原电池装）所示的原电池装置，结果如何呢？你能解释它的工作原理吗置，结果如何呢？你能解释它的工作原理吗？u盐桥：盐桥：在在U U型管中装满用型管中装满用饱和饱和KCl溶液和琼溶液和琼脂作成的冻胶。脂作成的冻胶。u盐桥：盐桥：在在U U型管中装满用型管中装满用饱和饱和KCl溶液和琼溶液和琼脂作成的冻胶。脂作成的冻胶。实验三（书实验三（书71页实验页实验4-1）实验探索实验现象：实验现象：分析分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流：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？盐桥在此的
10、作用是什么？ 有盐桥存在时电流计指针发有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。生偏转，即有电流通过电路。 取出盐桥，电流计指针即回取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。到零点，说明没有电流通过。盐桥制法：盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入将热的琼胶溶液倒入U形管中形管中(注意不要产生裂隙注意不要产生裂隙)，将冷却后的，将冷却后的U形管浸泡在形管浸泡在KCl或或NH4NO3的饱和溶液中即可。的饱和溶液中即可。2)将将KCl或或NH4NO3的饱和溶液装入的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。形管，用棉花都住管口即可。盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）使整个装置）使整个装置构
11、成通路构成通路，代替两溶液直接接触，代替两溶液直接接触。得出结论得出结论 由于盐桥（如由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中阴离子的存在，其中阴离子ClCl- -向向ZnSOZnSO4 4溶液扩溶液扩散和迁移，阳离子散和迁移，阳离子K K+ +则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的溶液扩散和迁移，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锌片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的 CuCu2+2+几乎完全沉淀下来。几乎完全沉淀下来。若若电解电解质溶液与质溶液与KC
12、lKCl溶液反应产生沉淀，可用溶液反应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。（2 2）平衡电荷平衡电荷。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是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靠离子迁移完成成的。的。取出盐桥，取出盐桥，ZnZn失去电子形成的失去电子形成的ZnZn2+2+进入进入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，ZnSOZnSO4 4溶液溶液因因ZnZn2+2+增多而带正电荷。同时，增多而带正电荷。同时，CuSOCuSO4 4则由于则由于CuCu2+2+ 变为变为Cu Cu ，使得使得 SOSO4 42-2-相对较多而带负电荷。
13、溶液不保持电中性，这相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。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）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。适当方式连接，可以获得电流。在在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向这类电池中，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。外电
14、路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳在原电池的内部，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。离子的定向运动而形成内电路。（2 2）探究）探究组成原电池的条件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还原剂和氧化产物为负极负极的的半电池半电池u氧化剂和还原产物为氧化剂和还原产物为正极正极的的半电池半电池Zn+2Ag+=Zn2+2Agu根据电极反应确定合适的电极材料根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液和电解质溶液u外电路外电路用导线连通，可以接用电器用导线连
15、通，可以接用电器u内电路内电路是将电极浸入电解质溶液中，是将电极浸入电解质溶液中，并通过并通过盐桥盐桥沟通内电路沟通内电路能产生稳定、持续电流的原电能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件？池应具备什么条件？1.1.要有导电性不同的两个电极要有导电性不同的两个电极2.2.两个半反应在不同的区域进行两个半反应在不同的区域进行3.3.用导线和盐桥分别将两个半电用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起池连接在一起小结小结第1节 ：原电池 第第 2 2 课课 时时复习：复习：3. 两个电极相连插入电解质溶液中并两个电极相连插入电解质溶液中并形成闭合电路形成闭合电路;把化学能直接转化为电能的装置。把化学
16、能直接转化为电能的装置。1 1. .有两块金属有两块金属( (或非金属或非金属) )导体作导体作电极电极; ; 2.2.电解质溶液电解质溶液二二. .构成原电池的基本条件构成原电池的基本条件：一一. .原电池原电池：4 4. .有可有可自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应。三三. .加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理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用还原性较强的物质(如：活泼金属如：活泼金属)作负极，向外电路提供作负极，向外电路提供电子；电子；用不用不活泼活泼物质物质作正极作正极，从外电路得到电子。，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，两极之间再通过化剂从正极上得到电子，两极之间再通过盐桥盐桥及原电池内部及原电池内部溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定电流构成有稳定电流的闭合回路。的闭合回路。1.1.利用反应利用反应Zn+2FeClZn+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl
