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 池池人教版选修人教版选修4 · 4 · 化学反应原理化学反应原理恩施高中化学教科室：老祁恩施高中化学教科室：老祁 一、复习回顾原电池的工作原理一、复习回顾原电池的工作原理1、原电池是、原电池是______________________的装置原电池反应的本质是原电池反应的本质是_______________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 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，其电极反应为极，其电极反应为_______________,该反应是该反应是_________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_______________,该反应是该反应是_________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 【实验验证化学能转化为电能的客观事实】 2 2、原电池的工作原理、原电池的工作原理氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）负极负极（还原性）（还原性）还原反应还原反应氧化反应氧化反应正极正极（氧化性）（氧化性） 失失e－－ 得得e－－电子电子e－－电流Ｉ电流Ｉ［结论］［结论］把氧化反应和还原反应分开在不把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，再以适当的方式连接起来，同的区域进行，再以适当的方式连接起来，就可以获得电流．就可以获得电流． （可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件一：形成条件一：活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等判断下列哪些装置能构成原电池。
为什么？判断下列哪些装置能构成原电池为什么？ 形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路（可以）（可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以） （（1）有两种活动性不同的金属（或一）有两种活动性不同的金属（或一 种是非金属单质或金属氧化物）作电极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电极材料均插入电解质溶液中3）两极相连形成闭合电路两极相连形成闭合电路 （（4）内部条件：能发生自发的氧化还）内部条件：能发生自发的氧化还 原反应原反应最本质的条件）最本质的条件）3 3、组成原电池的条件、组成原电池的条件 4.电极反应式和总反应式的书写电极反应式和总反应式的书写1.1.找出原电池的正负极找出原电池的正负极正极：正极：CuCu极极 负极：负极：ZnZn极极2.2.结合电解质溶液，找出氧化产结合电解质溶液，找出氧化产物和还原产物物和还原产物氧化产物：氧化产物：ZnZn2-2- 还原产物：还原产物：CuCu3.3.写出电极反应式与总反应式写出电极反应式与总反应式负极（锌片）：负极（锌片）： Zn Zn －－2e2e - - = Zn = Zn2+ 2+ （氧化反应）（氧化反应） 正极（铜片）：正极（铜片）： CuCu2+ 2+ + 2e+ 2e - - = Cu = Cu （还原反应）（还原反应）电池反应（总化学方程式）：电池反应（总化学方程式）：Zn + CuZn + Cu2+2+ = Zn = Zn2+ 2+ + Cu+ Cu 1.1.下列哪几个装置能形成原电池？下列哪几个装置能形成原电池？ABDFMCNOVXVVVXXXVECuSO4 正极：正极：负极：负极：H2SO4Mg AlNaOHMg Al浓浓HNO3 Al Cu2.2.判断下列原电池的正负极？判断下列原电池的正负极？AlAlMgMgMgMgAlAlAlAlCuCu( (金属活泼性金属活泼性) )(Mg不不 与与NaOH反应反应)(Al发生钝化发生钝化) 3.3.写出写出电极反应式和总反应式电极反应式和总反应式H2SO4Mg Al正极正极 ：：负极负极 ：：(Al)(Al)(Mg)(Mg)Mg Mg －－2e2e - - = Mg = Mg2+ 2+ （氧化反应）（氧化反应）2H2H+ + + 2e+ 2e - - = H = H2 2 ↑（还原反应）（还原反应）总反应：总反应： Mg+2H+=Mg2++H2↑ CuSO4 Fe Ag正极正极 ：：负极负极 ：：(Cu)(Cu)(Fe)(Fe)CuCu2+ 2+ + 2e+ 2e - - = Cu = Cu （还原反应）（还原反应）总反应：总反应： Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe Fe －－2e2e - - = Fe = Fe2+ 2+ （氧化反应）（氧化反应） 5、对锌铜原电、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提出问题：提出问题： 左图是原电池，如果用左图是原电池，如果用它做电源，不但效率低，它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实快减弱，因此不适合实际应用际应用。
这是什么原因这是什么原因造成的呢？有没有造成的呢？有没有什么改进措施？什么改进措施？ 造成的主要原因：造成的主要原因：由于锌片与硫酸铜溶液直由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱表面析出，致使向外输出的电流强度减弱当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池了，也就没有电流在产生电池了，也就没有电流在产生改进措施？改进措施？将锌片与硫酸铜溶液隔离将锌片与硫酸铜溶液隔离 硫酸锌溶液硫酸锌溶液 硫酸铜溶液硫酸铜溶液上述装置构成原电池了吗？为什么？上述装置构成原电池了吗？为什么？怎样才能构成原电池呢？怎样才能构成原电池呢？ 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）所示的原电池装置，你能解释它）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？的工作原理吗？盐桥中通常装有含琼胶盐桥中通常装有含琼胶的的KClKCl饱和溶液饱和溶液此装置优点：能稳定长此装置优点：能稳定长时间放电时间放电 盐桥在此的作用是什么？盐桥在此的作用是什么？改进后的装置为什改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？么能够持续、稳定的产生电流？阅读教材阅读教材72页页得出结论得出结论盐桥的作用：盐桥的作用：（（1）使整个装置构成通路，避免氧化剂与还原）使整个装置构成通路，避免氧化剂与还原剂直接接触剂直接接触。
2））阴阳离子的移动阴阳离子的移动平衡电荷平衡电荷 在整个装置的电流回路中，溶液中的电在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是流通路是靠离子迁移完成靠离子迁移完成的ZnZn失去电失去电子形成的子形成的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则则由于由于CuCu2+2+ 变为变为Cu Cu ，使得，使得 SOSO4 42-2-相对较多相对较多而带负电荷溶液不保持电中性，这两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，种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断造成电流中断 由于盐桥（如由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中）的存在，其中阴离子阴离子ClCl- -向向ZnSOZnSO4 4溶液扩散和迁移，阳溶液扩散和迁移，阳离子离子K K+ +则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁移，分溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，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，一直到锌因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的 CuCu2+2+几乎几乎完全沉淀下来。
完全沉淀下来若电解质溶液与若电解质溶液与KClKCl溶溶液反应产生沉淀，可用液反应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作盐桥 上述原电池装置是将什么反应的化学能转上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？指出电池的正负极，并分别换成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式电池的总反应方程式负极（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+ = 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 二、由两个半电池组成的原电池的二、由两个半电池组成的原电池的工作原理（双池电池）工作原理（双池电池）1、把氧化反应和还原反应分开在不同区域、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。
进行，再以适当方式连接，可以获得电流①①在这类电池中，用还原性较强的物质作为在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向负极，负极向外电路外电路提供电子；用氧化性较提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子强的物质作为正极，正极从外电路得到电子②②在原电池的内部，两极浸在与电极材料含在原电池的内部，两极浸在与电极材料含有相同阳离子的电解质溶液中，并通过阴阳有相同阳离子的电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成离子的定向运动而形成内电路内电路 2、电极反应式、电池的总反应方程式和电、电极反应式、电池的总反应方程式和电池符号的书写：池符号的书写：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+ = 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③③、盐桥的作用：、盐桥的作用：a.使整个装置构成通路，避免氧化剂与还原剂使整个装置构成通路，避免氧化剂与还原剂直接接触直接接触。
b.阴阳离子的移动阴阳离子的移动平衡电荷平衡电荷 3、原电池正负极的判断、原电池正负极的判断电极增重或产生电极增重或产生气泡气泡电极溶解电极溶解反应现象反应现象还原反应还原反应 氧化反应氧化反应 发生反应发生反应 阳离子移向电极阳离子移向电极阴离子移向阴离子移向电极电极离子流动离子流动的方向的方向电子流入电子流入电子流出电子流出电子流动电子流动的方向的方向较弱或者能导电较弱或者能导电的非金属的非金属活泼性较活泼性较强强的金属的金属电极材料电极材料正极正极负极负极判断依据判断依据判断金属判断金属的活泼性的活泼性外电路外电路内电路内电路本质本质特征特征 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（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电烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液一般应解质溶液一般应 与电极材料具有相同与电极材料具有相同的阳离子的阳离子 ①①、根据氧化还原反应、根据氧化还原反应电子转移判断电子转移判断电极反应电极反应。
②②、根据电极反应确定、根据电极反应确定合适的合适的电极材料电极材料和和电解电解质溶液质溶液 5、、原电池的设计原电池的设计 例例1、利用、利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu，，设计设计一个原电池一个原电池.CuFeCuSO4FeSO4化合价升高化合价升高 失失2e- 化合价降低化合价降低 得得2e- 例例2、、 利用此利用此氧化还原氧化还原反应来设计原反应来设计原电池，写出电极反应式并画出装置电池，写出电极反应式并画出装置图图（（Cu+ 2 FeCl3 = CuCl2+ 2FeCl2））化合价降低得化合价降低得2e-Cu+ 2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+化合价升高失化合价升高失2e- CuCCuCl2FeCl3装置图装置图离子方程式离子方程式Cu+ 2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 总结总结v1、复习回忆了原电池的形成复习回忆了原电池的形成v2、进一步了解原电池的反应原理，、进一步了解原电池的反应原理，正确书写电极反应式正确书写电极反应式v3、利用氧化还原反应原理设计了原、利用氧化还原反应原理设计了原电池 1、下列装置中电流表指针会发生偏转的、下列装置中电流表指针会发生偏转的是（是（ ））3 2、锌铜原电池产生电流时，阳离子、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B 3、把、把a、、b、、c、、d四块金属片浸入稀硫酸四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。
若中，用导线两两相连组成原电池若a、、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；；a、、c相连时，相连时，c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b、、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四种金上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为属的活动性顺序由强到弱的为 ( )A．．a > b > c > d B．．a > c > d > b C．．c > a > b .> d D．．b > d > c > a B 4、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，溶液，片刻后可观察到的现象是片刻后可观察到的现象是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D Cu+ 2 AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag化合价升高失化合价升高失2e-化合价降低得化合价降低得2e-电极：负极是电极：负极是Cu，正极可以是，正极可以是Ag或或C等。
等 电极反应式：电极反应式：负极：负极：Cu – 2e- = Cu2+ 正极：正极：2Ag+ + 2e- = 2 Ag电解液：电解液： Cu(NO3)2 、AgNO3 5、利用下面反应设计原电池选择电极材料和电、利用下面反应设计原电池选择电极材料和电解质溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意解质溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意图CuCCu(NO3)AgNO3 1.某原电池总反应式为：某原电池总反应式为：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，能实现该，能实现该反应的原电池是反应的原电池是( )2.将镁片和铝片用导线相连，分别同时插入稀将镁片和铝片用导线相连，分别同时插入稀H2SO4和和NaOH溶溶液中，写出两池中的电极反应式和电池反应式液中，写出两池中的电极反应式和电池反应式ABCD电极材料极材料Cu、、ZnCu、、AgCu、、CFe、、Zn电解解质溶液溶液 FeCl3Fe2(SO4)3Fe(NO3)2CuSO4B ①①Mg—Al—稀稀H2SO4原电池：原电池：负极（负极（Mg）：）：Mg-2e-=Mg2+（氧化反应）（氧化反应） 正极（正极（Al）：）：2H++2e-=H2↑（还原反应）（还原反应）电池反应：电池反应：Mg+2H+=Mg2++H2↑ ②②Al—Mg—NaOH原电池：原电池：负极（负极（Al）：）：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O（氧化反应）（氧化反应） 正极（正极（Mg）：）：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-（还原反应）（还原反应） 电池反应：电池反应：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 。