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1、111 八月八月 2024第四章第四章 电化学基础电化学基础第一节第一节 原原 电电 池池（第一课时）（第一课时）2复习回顾复习回顾1、原电池是、原电池是_的装置。的装置。原电池反应的本质是原电池反应的本质是_反应。反应。将化学能转化为电能将化学能转化为电能氧化还原反应氧化还原反应2、如右图所示，组成的原电池：、如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀）当电解质溶液为稀H2SO4时：时：Zn电极是电极是_（填（填“正正”或或“负负”）极，）极，其电极反应为其电极反应为_，该反应，该反应是是_（填（填“氧化氧化”或或“还原还原”，下同）反应；，下同）反应；Cu电极是电极是_极，其电极反应
2、为极，其电极反应为_,该反应是该反应是_反应。反应。（2）当电解质溶液为）当电解质溶液为CuSOCuSO4 4溶液时：溶液时： Zn电极电极是是_极，其电极反应为极，其电极反应为_ ，该反应是该反应是_反应；反应；Cu电极是电极是_极，极，其电极反应为其电极反应为_,该反应该反应_反应反应.负负Zn 2e - = Zn 2+氧化氧化正正2H+ +2e- =H2还原还原负负Zn 2e - = Zn 2+氧化氧化正正Cu2+2e - = Cu还原还原构成原电池的条件是什么？构成原电池的条件是什么？有活泼性有活泼性(1)不同不同的的两种金属两种金属 或者或者一种金属一种金属与与一种非金属导体一种非金
3、属导体(如石墨如石墨)作电极作电极，（2）并用导线连接或直接接触。）并用导线连接或直接接触。或者或者一种金属一种金属与与一种氧化物一种氧化物等等(3)两电极都两电极都浸在电解质溶液浸在电解质溶液（酸、碱、盐）中（酸、碱、盐）中而且要构成而且要构成闭合回路闭合回路 。(4)一个自发进行的氧化还原反应一个自发进行的氧化还原反应即即“两极、一液、一连线两极、一液、一连线”4？提出问题：提出问题： 上图是我们在必修上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸中学习过的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
4、快减弱，因此不适合实际应用电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？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：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，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。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，设计如下图（书为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图图4-1）所示）所示的原电池装置，你能解释它的工
5、作原理吗？的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？ 6实验三（书实验三（书71页实验页实验4-1）实验探索实验探索实验现象：实验现象： 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，电流计指针即取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通回到零点，说明没有电流通过。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(注意不注意不要产生裂隙要产生裂隙)，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
6、溶液装入U形管，用棉形管，用棉花都住管口即可。花都住管口即可。7盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 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溶液扩散和迁移，阳离子溶液扩散和迁移，阳离子K K+ +则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁移，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用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSOCuSO4
7、 4溶液中溶液中的的 CuCu2+2+几乎完全沉淀下来。几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与若电解质溶液与KClKCl溶液反溶液反应产生沉淀，可用应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。（2 2）平衡电荷，使由它连接的两溶液保持电中性平衡电荷，使由它连接的两溶液保持电中性。 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靠离子迁移完成子迁移完成的。的。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溶液因溶液因ZnZn2+2+增多而带正电荷。同时，增
8、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。溶液不保持电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。流中断。8分析分析：改进后的装置为什么能够持续、：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？稳定的产生电流？使原电池中氧化剂和还原剂近乎完全使原电池中氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同的区域之间实现了电隔离，并在不同的区域之间实现了电子的定向移动，使原电池能持续、稳子的定向移动，使原电池能持续、
9、稳定地产生电流。定地产生电流。9请同学们请同学们思考思考：上述原电池装置是将什么反应的上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？指出电池化学能转换成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负极的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。的总反应方程式。ZnSO4溶液溶液 CuSO4溶液溶液负极（锌片）：负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反应）氧化反应） 正极（铜片）：正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）（还原反应）电池反应（电池反应（总化学方程式总化学方程式）：）：Zn + Cu2+ =
10、 Zn 2+ + Cu 电池符号电池符号： Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极负极 盐桥盐桥 正极正极一、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10氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液盐桥盐桥失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应Cu2+2e- =Cu阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 Cu2+2e- =CuZn-2e- =Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电电极极反反应应
11、正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子原原 电电 池池 原原 理理外电路外电路内电路内电路11二、由两个半电池组成原电池的工作二、由两个半电池组成原电池的工作原理原理（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。在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向在这类电池中，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。外电路得到电子。在原电池
12、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练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（ ）A 移向移向Zn 极，阴离子移向极，阴离子移向Cu 极极B 移向移向Cu 极，阴离子移向极，阴离子移向Zn 极极C 和阴离子都移向和阴离子都移向Zn极极D 和阴离子都移向和阴离子都移向Cu 极极B122.2.2.2.一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是 Zn+
13、CuZn+CuZn+CuZn+Cu2+2+2+2+=Zn=Zn=Zn=Zn2+2+2+2+ +Cu, +Cu, +Cu, +Cu, 该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（ ）CABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl典型例题：典型例题：13（3）原电池的正负极的判断方法）原电池的正负极的判断方法 微观判断微观判断（根据电子流动（根据电子流动方向方向）电子流出的极电子流出的极电子流入的极电子流入的极负极负极正极正极 较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不
14、活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极质量增加的电极工作后工作后 质量减少的电极质量减少的电极负极负极正极正极正极正极负极负极工作后，有气泡冒出的电极为正极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生氧化反应的极发生还原反应的极发生还原反应的极宏观判断宏观判断：根据电极材料根据电极材料根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应根据电极增重还是减重根据电极增重还是减重根据电极有气泡冒出：根据电极有气泡冒出：负极负极正极正极14（4）电解质溶液和电极材料的选择）电解质溶液和电极材料的选择活泼性不同活泼性不同 的两种金属，的两种金属，如锌铜原电池，锌作负极，铜如锌铜原电池，锌
15、作负极，铜作正极作正极金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极作正极金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极作正极惰性电极。惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt（电池的电极必须导电）（电池的电极必须导电）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。与电极材料具
16、有相同的阳离子。15请根据氧化还原反应请根据氧化还原反应 :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+设计成原电池。设计成原电池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案?Cu Cu 2e- = Cu2+比比Cu不活泼的金属或石墨不活泼的金属或石墨2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO4 )3、FeCl3等等负极：负极：正极：正极：电解质溶液：电解质溶液：练练一一练练若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。什么？试画出原电池的装置简图。161.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型化
17、学电池；2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；反应制取氢气；3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。而受到保护。如在铁器表面镀锌。三、原电池的主要应用：三、原电池的主要应用：5.解释某些化学现象解释某些化学现象17(1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。例例1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是强的是C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；将甲乙作电极组成原电池时甲是负极
18、；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2气放出气放出；B.在氧化在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；（C）原电池原理应用：原电池原理应用：18(2)比较反应速率比较反应速率例例2 ：下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸；B.A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中
19、加入几滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原电池原理应用：原电池原理应用：19例例4：下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后片，放置一段时间后腐蚀速腐蚀速率由率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是(4)(2)(1)(3)原电池原理应用：原电池原理应用：(3)比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢20(4)判断溶液判断溶液pH值变化值变化例例5：在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集若工作一段时间后，从装置中共收集到到 0.168L升气体，则流过导线的电子为升气体，则流过导线的电
20、子为 mol,溶液的溶液的pH值变值变_？（溶液体积变化？（溶液体积变化忽略不计）忽略不计）解得：解得：y 0.015 (mol)x 0.015 (mol)答：答：根据电极反应：根据电极反应：正极：正极：负极负极：Zn2e-Zn2+2H+2e- H2得：得：2 2 22.4x y 0.168解：解：2H+ 2e H2大大0.015原电池原理应用：原电池原理应用：21(5)原电池原理的综合应用原电池原理的综合应用例例6：市场上出售的：市场上出售的“热敷袋热敷袋”的主要成分为铁屑、的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋热敷袋”启启用之前用塑料袋使其
21、与空气隔绝，启用时，打开用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。现有大量铁锈存在。1)“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出热量。放出热量。2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。3)加入氯化钠的主要作用是加入氯化钠的主要作用是 。铁被氧化铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化氯化钠溶于水、形成电解质溶液氯化钠溶于水、形成电解质溶液原电池原理应用：原电池原理应用：224、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线、如图所示，在铁圈和银圈的
22、焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是溶液，片刻后可观察到的现象是 ( D )A. 铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B. 保持平衡状态保持平衡状态C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜23 拓展练习拓展练习（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的 现象。现象。 两极反应式为：正极两极反应式为：正极 ；负极负极 。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，）若烧杯
23、中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为则负极为 ，总反应方程为总反应方程为 。镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；Al Mg2e=Mg2+ Al2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H224小小 结结定义定义:（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理 原电池原电池把化学能转化成电能的装置。把化学能转化成电能的装置。2、原电池的工作原理、原电池的工作原理较活泼的金属发生较活泼的金属发生氧化反应氧化反应,电子从较活泼的金属电子从较活泼的金属(负极负极)通过外电路流向较不活泼的金属通过外电路
24、流向较不活泼的金属(正极正极)。 负极 正极电子流向电子流向电流流向电流流向（2 2）形成原电池的条件形成原电池的条件（3）原电池的正负极的判断方法）原电池的正负极的判断方法（4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）电极材料的选择（电池的电极必须导电）25 在一在一 瓣橘子上相隔瓣橘子上相隔0.5cm分别插一小铜片分别插一小铜片和铝片，把铜片和铝片的另一端通过导线接和铝片，把铜片和铝片的另一端通过导线接触耳机的两极，试试能否听到触耳机的两极，试试能否听到“嘎嘎嘎嘎”声。能声。能够从耳机中听到够从耳机中听到“嘎嘎嘎嘎”声，说明了什么？用声，说明了什么？用其他金属、水果、液体再试一试。其他金属、水果、液体再试一试。 研研 究究 性性 学学 习习铝片铝片铜片铜片
