1、第四章电第四章电化学基础化学基础课程标准导航课程标准导航1.原电池的工作原理。原电池的工作原理。2能表示电极反应式和电池反应方程式。能表示电极反应式和电池反应方程式。3能设计原电池装置。能设计原电池装置。一、原电池的基础知识一、原电池的基础知识1.1.定义：定义：把化学能转变为电能的装置把化学能转变为电能的装置。理解：理解：外形无外加电源外形无外加电源 自发的自发的氧化还原反应氧化还原反应才可能被设计成原才可能被设计成原电池电池 复习回顾复习回顾CuZn 稀硫酸稀硫酸-Zn2+H+H+Zn2e-=Zn2+负极正极正极 2H+2e-=H2总反应式总反应式:Zn+2H+=Zn2+H2负负正正氧化反
2、应氧化反应还原反应还原反应现象：现象：锌棒溶解，铜棒上锌棒溶解，铜棒上有气泡有气泡。A原电池工作原理原电池工作原理CuZn-Zn2+H+H+负极负极正极正极阳离子阳离子阴离子阴离子正极正极负极负极SO42-原电池工作原理原电池工作原理Ae-（1 1）有两种）有两种活泼性不同活泼性不同的金属（或一种是非的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。金属单质或金属氧化物）作电极。（2 2）电极材料均插入）电极材料均插入电解质溶液电解质溶液中。中。（3 3）两极相连形成）两极相连形成闭合电路闭合电路。1.1.内部条件：能自发进行内部条件：能自发进行氧化还原反应氧化还原反应2.2.外部条件：外部条件
3、：组成原电池的条件组成原电池的条件 两极一液成回路，氧化还原是中心两极一液成回路，氧化还原是中心。判断下列装置哪些属于原电池判断下列装置哪些属于原电池？（3 3）（4 4）CuSO4Zn Zn CuCu（5）C2H5OHZn Zn CuCuZn Zn CuCuZnSO4 CuSO4 练习练习（6）（7）（1）（2）理论上应看到只在铜片理论上应看到只在铜片上有大量气泡，实际上锌上有大量气泡，实际上锌片上也有大量气泡产生，片上也有大量气泡产生，这是什么原因导致的呢？这是什么原因导致的呢？最终又会造成什么后果？最终又会造成什么后果？怎样避免和克服呢？怎样避免和克服呢？A稀稀H2SO4锌片锌片 铜片铜
4、片想一想提出问题：提出问题：上图是将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，上图是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，而且时间稍长如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，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。这是这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？什么原因造成的呢？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：锌片不纯，锌片不纯，以及铜极上聚以及铜极上聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，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阻，使电流不能畅通。这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。（一一）对
5、锌铜原电池工作原理的进一步探究对锌铜原电池工作原理的进一步探究如何避免发生这种现？如何避免发生这种现？【交流研讨一】让锌片与稀硫酸不直接接触让锌片与稀硫酸不直接接触ZnSO4溶液溶液H2SO4溶液溶液ZnCuA改进改进如何改进原电池装置？如何改进原电池装置？稀硫酸稀硫酸 CuZnA【观察与思考观察与思考】【结论结论1 1】改进后的原电池装置提高了能】改进后的原电池装置提高了能量转换率量转换率。ZnSO4溶液溶液H2SO4溶液溶液ZnCuA【结论结论2 2】改进后的原电池装置化学能不会】改进后的原电池装置化学能不会自动释放自动释放。稀硫稀硫酸酸 CuZnAZnSO4溶液溶液 H2SO4溶液溶液Z
6、nCuA【交流交流研讨二研讨二】改进后的原电池装置还有什么优点？改进后的原电池装置还有什么优点？【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应发生反应。改进改进实验探究实验探究请根据反应：请根据反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu设计一个原电池装置，标出电极材料和设计一个原电池装置，标出电极材料和电解质溶液电解质溶液，写出电极反应方程式写出电极反应方程式。电流表指针发生偏转电流表指针发生偏转，但随着时间的延续，电流表但随着时间的延续，电流表指针偏转的角度越来越小，指针偏转的角度越来越小，最终可能没有电流通过。最终可能没有电流通过。CuSO4 溶液溶液 即无
7、法产生持续稳定的电流且两个即无法产生持续稳定的电流且两个电极上都有红色物质析出电极上都有红色物质析出。负正正负极负极Zn2e-=Zn2+正极正极Cu2+2e-=Cu 按下图所示按下图所示,将置有锌片的将置有锌片的ZnSO4溶液溶液和置有铜片的和置有铜片的CuSO4溶液分别通过导线与溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象电流计连接，有什么现象?电流计指针不偏转，电流计指针不偏转，且铜片和锌片上均无且铜片和锌片上均无明显现象（即明显现象（即:无电子无电子定向移动）定向移动）探究实验：改进方案探究实验：改进方案ZnSO4Zn CuCuSO4A上述装置构成了原电池吗？为什么上述装置构成了原电池吗？为
8、什么？（溶液不保持电中性）溶液不保持电中性）盐桥AZn CuZnSO4溶液CuSO4溶液 设计如下图（书设计如下图（书P71图图4-1）所示的原电池）所示的原电池装置，结果如何呢？你能解释它的工作原理装置，结果如何呢？你能解释它的工作原理吗？吗？u盐桥：盐桥：在在U型管中装满型管中装满用饱和用饱和KCl溶液和琼溶液和琼脂作成的冻胶。脂作成的冻胶。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）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。接触。得出结论得出结论（2 2）平衡电荷。）平衡电荷。在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是是靠离
9、子迁移完成靠离子迁移完成的。取出盐桥，的。取出盐桥，Zn失去电子形失去电子形成的成的Zn2+进入进入ZnSO4溶液溶液，ZnSO4溶液因溶液因Zn2+增多增多而带正电荷。同时，而带正电荷。同时，CuSO4则由于则由于Cu2+变为变为Cu，使得使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，两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KCl）的存在，其中阴离）的存在，其中阴离子子Cl-向向ZnSO4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CuSOCuS
10、O4 4溶液扩散和迁移，分别中和过剩溶液扩散和迁移，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CuSO4溶液中的溶液中的Cu2+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KCl溶液反应产生沉淀，可溶液反应产生沉淀，可用用NH4NO3代替代替KCl作盐桥。作盐桥。（二二）由两个半电池组成原电池的工作原理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）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
11、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。用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起。（2 2）探究原电池组成的条件）探究原电池组成的条件设计盐桥原电池的思路：设计盐桥原电池的思路：还原剂和氧化产物为还原
12、剂和氧化产物为负极负极的半电池的半电池氧化剂和还原产物为氧化剂和还原产物为正极正极的半电池的半电池Zn+2Ag+=Zn2+2Agu根根据电极反应确定合适的电极材料和电据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液解质溶液u外电路用导线连通，可以接用电器外电路用导线连通，可以接用电器u内电路是将电极浸入电解质溶液中，并内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路通过盐桥沟通内电路 能产生稳定、持续电流的原电池能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件？应具备什么条件？1.1.要有导电性不同的两个电极要有导电性不同的两个电极2.2.两个半反应在不同的区域进行两个半反应在不同的区域进行3.3.用导
13、线和盐桥分别将两个半电池用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起连接在一起小结小结二、原电池正负极判断二、原电池正负极判断1.1.由组成原电池的电极材料由组成原电池的电极材料判断一般判断一般 负极负极 的金属正极的金属正极 的的金属或金属或 导体，以导体，以及某些金属氧化物及某些金属氧化物可以理解成：可以理解成：与电解质与电解质溶液反应溶液反应 练习：练习：Mg-Al-H2SO4中中，是正极，是正极，是负极是负极。MgAl活泼性强活泼性强活泼性弱活泼性弱非金属非金属负极负极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
14、反应反应 2.2.根据电子（电流）流根据电子（电流）流动的方向判断动的方向判断 电子由电子由 流流出，流入出，流入 ；电流由电流由 流流出，流入出，流入 。负极负极正极正极正极正极负极负极失失得得氧化氧化还原还原4.4.根据电解质溶液离子移动根据电解质溶液离子移动的方向判断的方向判断 阴离子向阴离子向 极移动（负极移动（负极带正电荷）极带正电荷）阳离子向阳离子向 极移动（正极移动（正极带负电荷极带负电荷）负负正正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
15、应反应 负极负极正极正极1.1.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；2.2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；与硫酸反应制取氢气；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电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护正极而受到保护，如在铁器表面镀锌如在铁器表面镀锌；三、原电池的主要应用：三、原电池的主要应用：5.5.解释某些化学现象解释某些化学现象。(1)(1)比较金属活动性强弱比较金属活动性强弱。例例1 1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活下列叙述中，可以
16、说明金属甲比乙活泼性强的是泼性强的是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，乙甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有溶解，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）原电池原理应用：原电池原理应用：当两种金属构成原电池时，总是当两种金属构成原电池时，总是活泼的活泼的金属作负极而被腐蚀金属作负极而被腐蚀，所以先被腐蚀的金属，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。活泼性较强。(2)(2)比较反
17、应速率比较反应速率例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C.粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸；A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；B.纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；D.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。（D）当形成原电池之后，反应速率加快，当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制如实验室制H2时时,纯纯Zn反应不如粗反应不如粗Zn跟跟酸作用的速率快。酸作用的速率快。(3)(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,金属的电化腐蚀金属的电化腐蚀是不可避免的是不
18、可避免的,如轮船在海中航行时如轮船在海中航行时,为为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上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一些活泼性比铁更强的金属如Zn。这样构。这样构成的原电池成的原电池Zn为负极而为负极而Fe为正极，从而防为正极，从而防止铁的腐蚀。止铁的腐蚀。例例3 3：下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的ZnZn片，放置一片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是_。（4）（）（2）（）（1）（）（3）(4)(4)判断溶液判断溶液pHpH值变化值变化例例4：在在Cu-Zn原电池中原电池中，200mLH2SO4溶液的浓溶液的浓
19、度为度为0.125mol/L，若工作一段时间后，从装置中若工作一段时间后，从装置中共收集到共收集到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）0.2解得：解得：y 0.015(mol)x 0.015(mol)3.75 10 4(mol/L)pH-lg3.75 1044-lg3.75 答：答：0.015解：解：根据电极反应：根据电极反应：负极：负极：Zn2e-Zn2+正极：正极：2H+2e-H2得：得：2 2 22.4x y 0.1680.20.1252c(H+)余余2H+2eH2大大0.0
20、15(5)(5)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、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”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打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发现有大量铁锈存在。“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出热量。放出热量。2)2)炭粉的主要作炭粉的主要作是是_。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 。铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，氯化钠溶于水形成电解质溶液使用“热敷袋”时受热均匀加速铁屑的氧化以以下反应为基础设计原电池（H+）正极：Pt或石墨 MnO4-+8H+5e-=Mn2+4H2O负极：Pt或石墨 5Fe2+5e-=5Fe3+5Fe2+MnO4-+8H+=5Fe3+Mn2+4H2O（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第三课时完电极反应式的书写方法电极反应式的书写方法(1)(1)一般电极反应式的书写一般电极反应式的书写(2)(2)复杂反应式的书写复杂反应式的书写
