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1、选修（四）化学反修（四）化学反应原理原理第四章第四章 电化学基础电化学基础电化学电化学：研究研究化学能化学能与与电能电能之间相互转之间相互转 换的换的装置装置、过程过程和和效率效率的科学。的科学。2. 借助电流借助电流而发生反应及装置而发生反应及装置 (如如:电解池电解池)1. 产生电流产生电流的化学反应及装置的化学反应及装置 (如如:原电池原电池等等)分类：（分类：（按电化学按电化学反应过程及装置反应过程及装置分）分）第第1 1节节 ：原电池：原电池一、知识回顾一、知识回顾 化学能化学能转变为转变为电能电能的装置的装置1 1、原电池定义：、原电池定义： 2 2、原电池的组成：、原电池的组成：
2、 “两极一液一线两极一液一线”有两种活泼性不同的金属（或一种是非金属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。单质或金属氧化物）作电极。 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。两极相连形成闭合电路。两极相连形成闭合电路。 （1 1）内部条件：）内部条件：能自发进行氧化还原反应；能自发进行氧化还原反应；（2 2）外部条件：）外部条件：构成原电池的条件：构成原电池的条件： 讨论讨论1：以下哪些装置可以形成原电池？以下哪些装置可以形成原电池？ CuSO4溶液溶液 ZnCuA 稀硫酸稀硫酸 FeFeBNaOH溶液溶液 MgAlE稀硫酸稀硫酸 稀硫酸稀硫酸 Zn
3、CuF 纯酒精纯酒精 FeCG KOH溶液溶液 DH2O2PtPt NaCl溶液溶液FeCC3 3、原电池的工作原理：、原电池的工作原理： 电极电极 电极材料电极材料电极反应电极反应反应类型反应类型总反应总反应锌片锌片 Zn - 2eZn - 2e- - = Zn = Zn2+2+ 氧化反应氧化反应 铜片铜片 2H2H+ + + 2e + 2e- - = H = H2 2 还原反应还原反应 电子由锌片经外电路流向铜片电子由锌片经外电路流向铜片 负极负极 正极正极 Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+ H+ H2 2（负极（负极正极）正极）电子流向：电子流向： 负极上负极上还原性较强的
4、物质还原性较强的物质失去电子失去电子发生发生氧化反应氧化反应， 电子从负极经外电路流向正极，电子从负极经外电路流向正极， 正极上正极上氧化性较强的物质氧化性较强的物质得到电子得到电子发生发生还原反应还原反应。CuZn- - -Zn2+H+H+SO42-Ae-原电池的工作原理示意图：原电池的工作原理示意图： 4 4、电极反应式的书写方法、电极反应式的书写方法(2)(2)复杂反应式的书写复杂反应式的书写(1)(1)一般电极反应式的书写一般电极反应式的书写5 5、原电池正负极判断、原电池正负极判断1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断一般：负极一般：负极 的金属的金属 正极正极
5、 的金属的金属或或 导体，以及某些金属氧化物导体，以及某些金属氧化物可以理解成：可以理解成： 与电解质溶液反应与电解质溶液反应 练习练习：Mg-Al-HMg-Al-H2 2SOSO4 4中中 是正极，是正极， 是负极是负极 Mg-Al-Mg-Al-NaOHNaOH中中 是正极是正极 是负极是负极MgMgAlAlAlAlMgMg 活泼性较强活泼性较强活泼性较弱活泼性较弱非金属非金属负极负极1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 电子由电子由 流出，流入流出，流入 ； 电流由电流由 流出，流入流出，流入 。负
6、极负极正极正极正极正极负极负极1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 负极负极 电子，发生电子，发生 反应反应 正极正极 电子，发生电子，发生 反应反应 失失得得氧化氧化还原还原1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 阴离子向阴离子向 极移动（负
7、极带正电荷）极移动（负极带正电荷） 阳离子向阳离子向 极移动（正极带负电荷）极移动（正极带负电荷） 负负正正1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 5.5.根据电极现象来判断根据电极现象来判断 负极负极 ； 正极正极 ；牺牲、溶解牺牲、溶解增重、气泡增重、气泡1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判
8、断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 5.5.根据电极现象来判断根据电极现象来判断 6.6.燃料电池中燃料电池中 燃料在燃料在 反应反应 氧化剂在氧化剂在 反应反应 负极负极正极正极1 1、理论上应看到只在铜片上有、理论上应看到只在铜片上有大量气泡，而实际上锌片上也有大量气泡，而实际上锌片上也有大量气泡产生，这是什么原因导大量气泡产生，这是什么原因导致的呢？致的呢？2 2、实验发现该装置不能提供持、实验发现该装置不能提供持续稳定的电流，为什么？续稳定的电流，为什么？3 3、如何设计实验来避免和克服、如何设
9、计实验来避免和克服1 1和和2 2中的问题呢？中的问题呢？【交流交流 研讨研讨】 如何改进原电池装置？如何改进原电池装置？盐桥的作用：（盐桥的作用：（1 1）形成闭合回路；（）形成闭合回路；（2 2）平衡电荷。）平衡电荷。CuSOCuSO4 4 CuCuZnZnA AZnSOZnSO4 4溶液溶液CuSOCuSO4 4溶液溶液ZnZnCuCu？A A改进改进盐桥盐桥中装有中装有饱饱和的和的KClKCl溶液和溶液和琼琼脂制成的胶脂制成的胶冻冻，胶，胶冻冻的作用是的作用是防止管中溶液流出防止管中溶液流出 。【观察与思考观察与思考】改进后的原电池装置有哪些优点？改进后的原电池装置有哪些优点？2 2、
10、提高了能量转化率（化学能、提高了能量转化率（化学能电能）；电能）；3 3、能够防止装置中化学能的自动释放（自放电）；、能够防止装置中化学能的自动释放（自放电）；1 1、能够产生持续稳定的电流；、能够产生持续稳定的电流；【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发生反应。也能发生反应。基于盐桥的作用，可以基于盐桥的作用，可以对上述原电池装置加以对上述原电池装置加以改进设计成化学电源。改进设计成化学电源。 把把氧化反应氧化反应和和还原反应还原反应分开在分开在不同区域不同区域进行，再以适进行，再以适当方式连接，可以获得电流。当方式连接，可以获得电流。注：注：在这类电池中，用在这
11、类电池中，用还原性较强还原性较强的物质作为的物质作为负极负极，负，负极极向外电路提供电子向外电路提供电子；用；用氧化性较强氧化性较强的物质作为的物质作为正极正极，正，正极极从外电路得到电子从外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳阴阳离子的定向运动离子的定向运动而形成而形成内电路内电路。用用导线导线和和盐桥盐桥分别将两个半电池连接在一起分别将两个半电池连接在一起二、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 【练习练习】根据反应：根据反应：Zn + CuSOZn + CuSO4 4 = ZnSO =
12、ZnSO4 4 + Cu+ Cu设计一个原电池装置，标出电极材料和电解质溶液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写出电极反应方程式. . CuSO4 溶液溶液ZnSO4Zn CuCuSO4A负极负极:Zn2e-=Zn2+正极正极:Cu2+2e-=Cu设计盐桥原电池的思路：设计盐桥原电池的思路：Zn+2AgZn+2Ag+ +=Zn=Zn2+2+2Ag+2Ag1 1、根据氧化还原反应、根据氧化还原反应电子转移电子转移判断电极反应。判断电极反应。2 2、根据电极反应确定合适的、根据电极反应确定合适的电极材料电极材料和和电解质溶液电解质溶液；3 3、外电路用、外电路用导
13、线导线连通，可以接用电器；连通，可以接用电器；4 4、内电路是将电极浸入、内电路是将电极浸入电解质溶液电解质溶液中，并通过中，并通过盐桥盐桥沟通沟通内电路。内电路。1.1.利用反应利用反应Zn+2FeClZn+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+ZnCl+ZnCl2 2 ，设计出两种原电，设计出两种原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。 (+)(-) G Zn Pt FeCl3溶液溶液负极（负极（Zn）：）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应）正极（正极（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（
14、还原反应）(+)(-)ZnCl2溶液溶液FeCl3溶液溶液盐桥盐桥 G Zn C 负极（负极（Zn）：）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应）正极（正极（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）（还原反应）【巩固练习巩固练习】2.(072.(07海南化学卷海南化学卷14)14)依据氧化还原反应：依据氧化还原反应：2Ag2Ag+ +(aq)+Cu(s)=Cu(aq)+Cu(s)=Cu2+2+(aq)+2Ag(s)(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所设计的原电池如图所示。请回答下列问题：示。请回答下列问题：(1)(1)电极电极X X的材料是的材料是 ，电解质溶液电解
15、质溶液Y Y是是 ；(2)(2)银电极为电池的银电极为电池的 极，极，发生的电极反应为发生的电极反应为 ；X X电极上发生的电极反为电极上发生的电极反为 ；(3)(3)外电路中的电子是从外电路中的电子是从 电极流向电极流向 电极。电极。C CU U铜铜银银正正AgNO3溶液2Ag +2e = 2Ag+-Cu - 2e = Cu-2+3.3.（0808广东卷）用铜片、银片、广东卷）用铜片、银片、Cu (NOCu (NO3 3) )2 2溶液、溶液、AgNOAgNO3 3溶液、导线和盐桥（装有琼脂溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO-KNO3 3的的U U型管）构成一个型管）构成一个原电池。以下有关
16、该原电池的叙述正确的是（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在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ；正极反应为：正极反应为：AgAg+ +e+e- - =Ag =Ag ；实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作；实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作；将铜片浸入将铜片浸入AgNOAgNO3 3溶液中发生的化学反应与该原电池溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同。反应相同。 A A B B C C D DC1.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
17、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、原电池原理的主要应用：三、原电池原理的主要应用：5.解释某些化学现象。解释某些化学现象。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强的是（下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（ ）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；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有甲和乙用导线连接插入稀盐酸
18、溶液中，乙溶解，甲上有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 当两种金属构成原电池时，总是当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属活泼的金属作作负极负极而而被腐蚀被腐蚀，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。例例2 2：把把a a、b b、c c、d d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若两相连组成原电池。若: : a a、b b相连时，相连时，a a为负极；为负极； c c、d d相连时，电流由相
19、连时，电流由d d到到c c； a a、c c相连时，相连时，c c极产生大量气泡，极产生大量气泡， b b、d d相连时，溶液中的阳离子向相连时，溶液中的阳离子向b b极移动。极移动。 则四种金属的活泼性顺序为：则四种金属的活泼性顺序为： 。a ac c d d b ba a b bc c d d a a c cd d b b2、比较反应速率、比较反应速率例例3：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
20、中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。D.D 当当形成原电池形成原电池之后，之后，反应速率加快反应速率加快，如实验室制，如实验室制H H2 2时时, , 纯纯ZnZn反应不如粗反应不如粗ZnZn跟酸作用的速率快。跟酸作用的速率快。3、比较金属腐蚀的快慢、比较金属腐蚀的快慢 在某些特殊的场所在某些特殊的场所, , 金属的电化腐蚀是不可避免的金属的电化腐蚀是不可避免的, , 如轮船在海中航行时如轮船在海中航行时, , 为了保护轮船不被腐蚀，可以在为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如ZnZn。这样构成。这样构成的原电池的原
21、电池ZnZn为负极而为负极而FeFe为正极，从而防止铁的腐蚀。为正极，从而防止铁的腐蚀。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，放置一段时间后腐蚀速片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3)4、判断溶液、判断溶液pH值变化值变化在在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，从装置中共收集到若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流升气体，则流过导线的电子为过导线的电子为 mol,溶液的溶液的pH值变值变_？（溶液体积变化忽略不计）（溶液体积变
22、化忽略不计）例例5：0.2解得：解得：y 0.015 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg（3.75 104）4 -lg3.75 答：答：0.0150.20.1252c(H+)余余根据电极反应：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0.0155、原电池原理的综合应用、原电池原理的综合应用例例6 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、炭粉、的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。木屑、少量氯化钠和水等。 “ “
23、热敷袋热敷袋”启用之前用塑启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，会发现有大量铁锈存在。会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。1)1)“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出热量。放出热量。2)2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。3)3)加入氯化钠的主要作用是加入氯化钠的主要作用是 。4)4)木屑的作用是木屑的作用是 。铁被氧化铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化屑的氧化氯化钠溶于水，形成电解质溶液氯化钠溶于水，形成电解质溶液使用使用“热敷袋热敷袋”
24、时受热均匀时受热均匀例例7 7：根据反应：根据反应5Fe5Fe2+ 2+ + MnO+ MnO4 4- - + 8H + 8H+ + = 5Fe = 5Fe3+ 3+ + Mn+ Mn2+2+4H+4H2 2O O设设计一个原电池，并写出电极反应式。计一个原电池，并写出电极反应式。（H+）MnOMnO4 4- - + 8H + 8H+ + + 5e+ 5e- - = = MnMn2+2+4H+4H2 2O OPtPt或石墨或石墨PtPt或石墨或石墨负极：负极：正极：正极：5Fe5Fe2+ 2+ 5e 5e- - = = 5Fe5Fe3+ 3+ 6 6、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学电池
