1、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生活中的原电池：生活中的原电池：神州七号的原电池神州七号的原电池复习回顾复习回顾1、定义、定义：原电池是将化学能转化为电原电池是将化学能转化为电能的装置。能的装置。2、本质：发生氧化还原反应、本质：发生氧化还原反应3、形成条件：、形成条件：形成条件形成条件（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、石墨等形成
2、条件形成条件（可以）（可以）（不可以）（不可以）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；形成条件形成条件（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路形成条件形成条件 （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：能自发进行氧化还）内部条件：能自发进行氧化还 原反应。原反应。练习：写出原电池的电极
3、反应式和电池方程式当电解质溶液为稀当电解质溶液为稀H2SO4时：时：Zn电极是负极，电极是负极，其电极反应为其电极反应为 该反应是氧化反应；该反应是氧化反应；Cu电极是正极，电极是正极，其电极反应为其电极反应为该反应是还原反应。该反应是还原反应。反应方程式：反应方程式：Zn+2H+=Zn2+H2Zn 2e -=Zn 2+2H+2e-=H2实验探究实验探究根据Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu设计一个原电池，并实验实验现象实验现象：1、电流表指针发生偏转，但不稳定。2、锌极上沉积一层有色物质实验探究实验探究问题：问题：1、判断正负极，写出电极式2、锌极失去的电子是否全部经导线流向铜极3、随着锌极
4、上沉积物增厚，会有什么结果？思考：如何提高效率，思考：如何提高效率，得到稳定的电流得到稳定的电流实验探究实验探究改进措施：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？实验探究实验探究设计如下图（书设计如下图（书P71图图4-1）所示的原电池装）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？置，你能解释它的工作原理吗？盐桥中通常装有含琼胶盐桥中通常装有含琼胶的的KClKCl饱和溶液饱和溶液实验探究实验探究负极：Zn 2e -=Zn 2+正极：正
5、极：Cu2+2e -=Cu锌半电池铜半电池外电路内电路K+向哪极移动Cl-向哪极移动盐桥的作用？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把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，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。再以适当方式连接，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，正极从强的物质作为正极，正极从外电路外电路得到电子。得到电子。在原电池的内部（在原电池的内部（内电路内电路），两极浸在电）
6、，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。形成内电路。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。（2 2）平衡电荷。）平衡电荷。实验探究实验探究两个装置对比两个装置对比 1 1、原理是否相同、原理是否相同 2 2、哪个更好，为什么？、哪个更好，为什么？小结：小结：1、原电池的功能：利用氧化还原反应的、原电池的功能：利用氧化还原反应的原理将化学能转化成电能原理将化学能转化成电能2、组成、组成 锌半电池锌半电池两个半电池两个半电池 盐桥盐桥 铜半电池铜半电池3、盐桥的作
7、用：、盐桥的作用：（1 1）使整个装置构成通）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触路，代替两溶液直接接触。（2 2）平衡电）平衡电荷。荷。4 4、原电池输出电能的能力、原电池输出电能的能力取决于组成原电池的反应物的氧化还原反取决于组成原电池的反应物的氧化还原反应能力。应能力。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 利用
8、下面反应设计原电池选择电极材料和电解质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；并画出原电池简意图。溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意图。CuCCu(NO3)AgNO3思考讨论：思考讨论：利用此利用此反应来设计原电反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图池，写出电极反应式。并画出装置图（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+上述原电池装置是将什么反应的化学能转上
9、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、由两个半电池组成原电池的工作原理二、由两个半电池组成原电池
10、的工作原理（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区）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。域进行，再以适当方式连接，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。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，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。并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。（2）原电池的正负极的判断方法）原电池的正负极的判断方法
11、微观判断微观判断（根据电子（根据电子流动方向）流动方向）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活泼的电极材料较不活泼的电极材料负极负极正极正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负极负极正极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：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
12、正极（3）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应解质溶液应 与电极材料具有相同的阳与电极材料具有相同的阳离子。离子。1、根据氧化还原反应电、根据氧化还原反应电子转移判断子转移判断电极反应电极反应。2、根据电极反应确定合、根据电极反应确定合适的适的电极材料电极材料和和电解质电解质溶液溶液 原电池的设计原电池的设计 利用利用Fe+Cu2+=Fe
13、2+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-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，一性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或直到锌片全部溶解或 CuSO CuSO4 4溶液中的溶液中的 CuCu2+2+几乎完全沉淀下
14、来。几乎完全沉淀下来。若电解质溶液若电解质溶液与与KClKCl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。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。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 SO SO4 42-2-相对较多相对较多
15、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。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
16、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总结总结1、复习回忆了原电池的形成。、复习回忆了原电池的形成。2、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。3、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。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（）32、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
17、 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B3、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种金属的活动性顺序由强到弱的为()A
18、a b c d Ba c d b Cc a b.d Db d c a B4、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D1.某原电池总反应式为：某原电池总反应式为：Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2
19、+，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。B MgAl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 AlMgNaOH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
