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1、第四章 电化学基础第一节第一节 原电池原电池1 1、电化学：、电化学：2 2、从反应产物与电流的关系分类：、从反应产物与电流的关系分类：阅读教材P70 回答研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学产生电流的反应原电池研究化学能与电能相互转换的装置、研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学过程和效率的科学产生电流的反应产生电流的反应原电池原电池借助电流而发生的反应借助电流而发生的反应原电池原电池2复习回顾1 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氧化还原反应2 2、如右图所示，组成的原电池：、如右图所示，组成的
2、原电池：（1 1）当电解质溶液为稀）当电解质溶液为稀H H2 2SOSO4 4时：时：ZnZn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；CuCu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。反应。（2 2）当电解质溶液为）当电解质溶液为CuSOCuSO4 4溶液时：溶液时： ZnZn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；CuCu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
3、反应. .负Zn2e- = Zn2+氧化正2H+ +2e- =H2还原负Zn2e- =Zn2+氧化正Cu2+ +2e- = Cu还原氧化反应Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池电解质溶液失e，沿导线传递，有电流产生还原反应Cu2+2e- =Cu阴离子阳离子总反应：负极正极 Cu2+2e- =CuZn-2e- =Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式）（化学方程式）电极反应正极：负极：（氧化反应）（还原反应）阳离子原 电 池 原 理外电路内电路与原 电 池 相关的概念1.电路：外电路内电路电子流向：失电子的一极向得电子的一极电流方向：与电子流动方向相反阴离
4、子流动方向与电子流动方向一致阳离子流动方向与电流方向一致2.电极：正极：电子流入的一极负极：电子流出的一极3.电极反应式：正极： 2H+ 2e- H2负极： Zn2e- Zn2+4.总反应式：Zn+ 2H+ Zn2+ + H2锌铜原电池工作原理6提出提出问题： 上上图是我是我们在必修在必修2中学中学习过的将的将锌片和片和铜片置于稀硫酸片置于稀硫酸的原的原电池，如果用它做池，如果用它做电源源，不但效率低，而且，不但效率低，而且时间稍稍长电流就很快减弱，因此不适合流就很快减弱，因此不适合实际应用用。这是什么原因造是什么原因造成的呢？有没有什么改成的呢？有没有什么改进措施？措施？造成的主要原因造成的
5、主要原因：由于在：由于在铜极上很快就聚集了极上很快就聚集了许多多氢气泡，把气泡，把铜极跟稀硫酸逐极跟稀硫酸逐渐隔开，隔开，这样就增加了就增加了电池的内阻，使池的内阻，使电流不能流不能畅通。通。这种作用称种作用称为极化作用。极化作用。一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究为了避免了避免发生生这种种现象，象，设计如下如下图（书P71图4-1）所示的原）所示的原电池池装置，你能解装置，你能解释它的工作原理它的工作原理吗？硫酸铜硫酸铜此电池的优点： 能产生持续、稳定的电流。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K
6、Cl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。实验三（三（书71页实验4-1）实验探索探索实验现象：象：分析分析：改：改进后的装置后的装置为什么能什么能够持持续、稳定的定的产生生电流？流？盐桥在在此的作用是什么？此的作用是什么？参考教材72页 第三段 有有盐桥存在存在时电流流计指指针发生生偏偏转，即有，即有电流通流通过电路。路。 取出取出盐桥，电流流计指指针即回到即回到零点，零点，说明没有明没有电流通流通过。盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 由于由于盐桥（如（如KClKCl）的存在，其中阴离子）的存在，其中阴离子ClCl- -向向ZnSOZnSO4 4溶
7、液溶液扩散散和迁移，阳离子和迁移，阳离子K K+ +则向向CuSOCuSO4 4溶液溶液扩散和迁移，分散和迁移，分别中和中和过剩的剩的电荷，保持溶液的荷，保持溶液的电中性，因而放中性，因而放电作用不作用不间断地断地进行，一直到行，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+几乎完全沉淀下来。几乎完全沉淀下来。若若电解解质溶液与溶液与KClKCl溶液反溶液反应产生沉淀，可用生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作作盐桥。（2 2）平衡）平衡电荷。荷。 在整个装置的在整个装置的电流回路中，溶液中的流回路中，溶液中的电流通路是流通路
8、是靠离子迁移完靠离子迁移完成成的。的。取出取出盐桥，ZnZn失去失去电子形成的子形成的ZnZn2+2+进入入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，ZnSOZnSO4 4溶液溶液因因ZnZn2+2+增多而增多而带正正电荷。同荷。同时，CuSOCuSO4 4则由于由于CuCu2+2+变为CuCu，使得使得SOSO4 42-2-相相对较多而多而带负电荷。溶液不保持荷。溶液不保持电中性，中性，这两种因素均会阻止两种因素均会阻止电子从子从锌片流向片流向铜片，造成片，造成电流中断。流中断。请同学们思考：上述原电池装置是将什么反应的化学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，能转换成电
9、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并分别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。应式以及该电池的总反应方程式。ZnSO4溶液 CuSO4溶液负极（锌片）：负极（锌片）： ZnZn2e2e- - =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）电池反应电池反应（总化学方程式）（总化学方程式）：Zn + CuZn + Cu2+2+ = Zn = Zn 2+ 2+ + Cu + Cu 电池符号电池符号： Zn Zn ZnSO ZnSO4 4 CuSOCuSO4
10、4 Cu Cu 负极负极 盐桥盐桥 正极正极一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究二、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 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）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。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。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。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并在原电池的内部，两极浸
11、在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定通过阴阳离子的定向运动而形成内电路向运动而形成内电路。练习：锌铜原原电池池产生生电流流时，阳离子（，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二、实验探究形成原电池的条件（可以）（可以）（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（可以）（不可以）形成条件二：电极需插进
12、电解质溶液中；形成条件二：电极需插进电解质溶液中；实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路（不可以）可以（2）组成原电池的条件（1）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。 （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。 （4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。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？ABCDEFMNOVXVVXXXXVABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl2.一个电池反应的离
13、子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,该反应的的原电池正确组合是（ ）C三、原电池的正负极的判断方法 微观判断（根据电子流动方向）电子流出的极电子流入的极负极正极较活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极工作后 质量减少的电极负极正极正极负极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生还原反应的极宏观判断：根据电极材料根据原电池电极发生的反应根据电极增重还是减重根据电极有气泡冒出：负极正极201.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( )A.Mg B.Fe C.Al D.CuB2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH(
14、)A.不变 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小C3.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b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 ( )Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B224、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，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4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B. 保持平衡状态C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D.
15、 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜1.1.简单原电池电极方程式的写法简单原电池电极方程式的写法 判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。 Cu CFeCl3溶液负极：负极： Cu Cu 失电子失电子 Cu Cu - - 2e2e- - = = CuCu2+2+正极：正极： Fe Fe3+3+得电子得电子 2Fe 2Fe3+3+ + + 2e2e- - = = 2Fe2Fe2+2+A Cu+2FeClCu+2FeCl3 3 =CuCl =CuCl2 2 +2FeCl +2FeCl2 2先写出总反应：先写出总反应：即即 负极与电解质溶液反应负极与电解质溶液
16、反应拆成离子方程式：拆成离子方程式：CuCu + + 2Fe2Fe3 3 = = CuCu2 2 + + 2Fe2Fe2 2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极三、电极方程式的书写三、电极方程式的书写1.简单原电池电极方程式的写法简单原电池电极方程式的写法请写出右边原电池的电极方程式。总反应方程式：负极：负极：AlAl，失，失e- 2Al - 6e 2Al3+2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O 负极极总反反应： 2Al +8OH- 6e 2AlO2- + 4H2O 正极：正极：总反反应负极反极反应6H2O 6e 6OH 3H2Mg AlNaOH溶液A拆成离子方程
17、式：2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2根据化合价升降判断正负极2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H22.2.燃料电池电极方程式的写法燃料电池电极方程式的写法 总反应：总反应： 实际上就是燃料的完全燃烧。实际上就是燃料的完全燃烧。 负极（通入燃料）：负极（通入燃料）： 为燃料失去电子的氧化反应，为燃料失去电子的氧化反应， 正极（通入氧化剂）：正极（通入氧化剂）： 为氧化剂得到电子的还原反应。为氧化剂得到电子的还原反应。 以以PtPt为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为 KOHKOH溶液的氢氧燃料电池为例溶液的氢氧燃料电池为例负极总反应负
18、极总反应: 2H: 2H2 2 - 4e- 4e- - + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O正极正极: : 总反应负极反应总反应负极反应 总反应：总反应：2H2H2 2+ O+ O2 22H2H2 2O O负极负极: H: H2 2 失失e e4H4H+ + + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O2H2H2 2 - 4e- 4e- - 4 H4 HO2 + 2H2O + 4e- 4OH-3.3.复杂原电池电极方程式的书写复杂原电池电极方程式的书写 方法点拨：写电极方程式的时候，要根据方法点拨：写电极方程式的时候，要根据“得电子显负电；得电子显负电；失电子显正电失电子显
19、正电”的原则，的原则，利用利用“电荷守恒电荷守恒”，通过巧用，通过巧用H H、OHOH和水写出电极方程式和水写出电极方程式PbPbO22H2SO42PbSO42H2O练习：写出铅酸蓄电池的电极反应：练习：写出铅酸蓄电池的电极反应： Pb SO42 2e 2PbSO4正极：正极： PbO2 得电子得电子4H 2H2O 正极：正极： PbO2SO42 2e PbSO4银锌电池（电解质为银锌电池（电解质为KOH）的电池总反应为：）的电池总反应为： Zn Ag2O ZnO 2Ag写出其正、负极反应。写出其正、负极反应。 Zn 2e ZnO 2 OH H2O Ag2O 2e 2AgH2O 2OH负极：正
20、极： Zn 2e ZnO Ag2O 2e 2Ag四、原四、原电池的池的设计活活泼性不同性不同 的两种金属。的两种金属。如如锌铜原原电池，池，锌作作负极，极，铜作正极作正极金属和非金属。金属和非金属。如如锌锰干干电池，池，锌作作负极，石墨棒作正极极，石墨棒作正极金属和化合物。金属和化合物。如如铅蓄蓄电池，池，铅版作版作负极，极，PbO2作正极作正极惰性惰性电极。极。如如氢氧燃料氧燃料电池中，两根池中，两根电极均可用极均可用Pt（电池的池的电极必极必须导电）电解解质溶液一般要能溶液一般要能够与与负极极发生反生反应。但若是两个半反。但若是两个半反应分分别在两个在两个烧杯中杯中进行，行，则左右两个左右
21、两个烧杯中的杯中的电解解质溶液溶液应 与与电极材料具有相同的阳离子极材料具有相同的阳离子。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：练一练若是采用若是采用烧杯和杯和盐桥装置装置图，采用的，采用的电解解质溶液又是什么？溶液又是什么？试画出原画出原电池的装置池的装置简图。1.1.利用原电池原理
22、设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型化学电池；2.2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；酸反应制取氢气；3.3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；4.4.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。五、原电池的主要应用：五、原电池的主要应用：5.5.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。例1： 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；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙
23、溶解，甲 上有H2气放出；B.在氧化还原反应中，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；（C）原电池原理应用：33(2)比较反应速率例2 ： 下列制氢气的反应速率最快的是粗锌和 1mol/L 盐酸；B.A. 纯锌和1mol/L 硫酸；纯锌和18 mol/L 硫酸；C.粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。D.（ D ）原电池原理应用：34(3)比较金属腐蚀的快慢例3：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(5) (2)(1) (3) (4)原电池原理应用：35例4：下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3
24、)36(4)判断溶液pH值变化例5： 在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 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 0.168L升气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的pH值变_？（溶液体积变化忽略不计）0.2解得：y 0.015 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg3.75 1044 -lg3.75 答：0.015根据电极反应：正极：负极：Zn2e-Zn2+2H+2e- H2得：2 2 22.4x y 0.168解：0.20.1252c(H+)余2H+ 2eH2大0.015原电池原理应用：37(5)原电池
25、原理的综合应用例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”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会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。1)“热敷袋”是利用 放出热量。2)炭粉的主要作用是 。3)加入氯化钠的主要作用是 。1)4)木屑的作用是 。铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化氯化钠溶于水、形成电解质溶液使用“热敷袋”时受热均匀原电池原理应用：38 拓展练习（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的 现象。 两极反应式为：正极 ；负极 。 该装置将 能转化为 能。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为 ，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；2H+2e=H2Mg2e=Mg2+ 化学能电能Al2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H239小 结定义:（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理 原电池把化学能转化成电能的装置。2、原电池的工作原理较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。 负极 正极电子流向电流流向（2）形成原电池的条件（3）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）40
