1、第四章 电化学基础,第一节 原电池,一、化学能转化为电能原电池,（1）原电池的概念,将化学能直接转化为电能的装置,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,3,（2）原电池工作原理,（3） 电极、电极反应式,Zn片： Zn 2e- = Zn2+ ,负极：,（失电子，氧化反应）,Cu片：,2H+2e- = H2 ,正极：,（得电子，还原反应）,电池反应+：,Zn + 2H+ =Zn2+ + H2,负极：,正极：,电子从负极经外电路流向正极，从而产生电流，使化学能转变成电
2、能。,4,可以,可以,两极材料不同,活泼性不同的两个电极,可以,不可以,负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等,（4） 原电池形成的条件：,溶液导电性不同,电极材料均需插入电解质溶液中,可以,不可以,可以,不可以,电解质溶液是否连通,两极相连与电解质溶液必须形成闭合回路,可以,：原电池的构成条件,能自发地发生氧化还原反应 两种活泼性不同的电极电解质溶液（做原电池的内电路，可能参与反应） 形成闭合回路,（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。,小结,A,B,C,D,E,F,M,N,1.下列哪几个装置能形成原电池？,O,V,X,V,V,X,X,X,X,V,牛刀小试,原电池的判断,2、如
3、右图所示，组成的原电池： （1）当电解质溶液为稀H2SO4时： Zn电极是_（填“正”或“负”）极， 其电极反应为_，该反应 是_（填“氧化”或“还原”，下同）反应； Cu电极是_极，其电极反应为 _,该反应是_反应。,（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极 是_极，其电极反应为_， 该反应是_反应；Cu电极是_极， 其电极反应为_,该反应_反应.,负,Zn2e- = Zn2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2,还原,负,Zn2e- =Zn2+,氧化,正,Cu2+ +2e- = Cu,还原,牛刀小试,原电池工作原理,锌铜原电池工作原理,提出问题： 上图是我们在必修2中学习过的将锌片
4、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 电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造 成的呢？有没有什么改进措施？,造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，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。,二、对锌铜原电池工作原理的进一步探究,为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图4-1）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？,(1)在探究实验的装置中架上盐桥连通,看有什么现象？,电流计指针回到零点， 说明无电流， 未构成原电池。,电流计指针偏转， 有电流通过电路， 是原电池装置;,(2)然后取出盐桥，又将看到什么现象?
5、,探究实验,盐桥：在U形管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。,13,分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？,盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,（2）平衡电荷。在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成
6、的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。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，造成电流中断。,锌半电池,铜半电池,三、由两个半电池组成原电池的工作原理,练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（ ） A 移向Zn 极，阴离子移向Cu 极 B 移向Cu 极，阴离子移向Zn 极 C 和阴离子都移向Zn极 D 和阴离子都移向Cu 极,B,原电池的正负极的判断方法,根据电子流动方向,质量增加的电极 工作后质量减少的电极,正极负极,根据电极材料根据原电池电极发
7、生 的反应根据电极增重还是减重根据电解质溶液中离子的流向,1、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。2、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液,四、原电池的设计利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu，设计一个原电池。,Cu,Fe,CuSO4,FeSO4,化合价升高 失2e-,化合价降低 得2e-,思考讨论： 利用此氧化还原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图,（Cu+ 2 FeCl3 = CuCl2+ 2FeCl2）,化合价降低得2e-,Cu+ 2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+,化合价升高失2e-,Cu,C,CuCl2,FeCl3,装置图,离子方程式 Cu+ 2 Fe
8、3+ = Cu2+ + 2Fe2+,(1)比较金属活动性强弱。,原电池原理应用：,五、原电池的主要应用：,1、X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如图所示:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为_,Z Y,Y X,Z W,X W,ZYXW,(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：,(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
9、快到慢的顺序是,(5),(2),(1),(3),(4),原电池原理应用：,(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 -lg3.75 104,4 -lg3.75,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y 0
10、.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,大,0.015,原电池原理应用：,1、下列装置中电流表指针会发生偏转的 是（ ）,3,2、锌铜原电池产生电流时，阳离子（ ） A 移向Zn 极，阴离子移向Cu 极 B 移向Cu 极，阴离子移向Zn 极 C 和阴离子都移向Zn极 D 和阴离子都移向Cu 极,B,3.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+Cu,该反应的的原电池正确组合是（ ）,C,4、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，
11、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,B,5、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,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. 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2e-,化合价降低得2e-,电极：负极是Cu，正极可以是Ag或C等。,电极反应式： 负极：Cu 2e- = Cu2+ 正极：2
12、Ag+ + 2e- = 2 Ag,电解液： Cu(NO3)2 、AgNO3,6、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。,一、仅有负极材料参与反应,参与反应的金属电极本身为负极，负极参与反应的金属失电子（先写出负极反应式），正极是介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸氧、析Cu、Ag等）。,30,1、酸性较强介质：正极一般是析氢反应。负极：Zn-2e-=Zn2+ 正极：2H+2e-=H2总反应：Zn+ 2H+ = H2+ Zn2+,31,六、电极方程式的书写,2、碱性介质：正极一般是吸氧反应。 负极：2Fe-4e-=2Fe2+或 2Fe + 2O
13、H- 4e- = 2Fe(OH)2 正极：O2+2H2O+4e- =4OH-总反应： 2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2,32,请写出右边原电池的电极方程式。,总反应方程式：,负极：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O,负极总反应： 2Al +8OH- 6e 2AlO2- + 4H2O,正极：总反应负极反应,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成离子方程式：,2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2,根据化合价升降判断正负极,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,3、接近中
14、性介质：正极一般是吸氧反应。负极：2Fe - 4e-=2Fe2+ 正极：O2+ 4e- + 2H2O=4OH-总反应： 2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2,34,4、含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属（Cu、Ag等）。 负极：Fe - 2e- = Fe2+ 正极：Cu2+ + 2e- = Cu 总反应： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+,35,判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,Cu C,FeCl3溶液,负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+ 正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+,Cu+2FeCl3 =CuCl2
15、 +2FeCl2,先写出总反应：即 负极与电解质溶液反应,拆成离子方程式：,Cu + 2Fe3 = Cu2 + 2Fe2,根据化合价升降判断正负极,四、电极方程式的书写,1.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：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O,负极总反应： 2Al +8OH- 6e 2AlO2- + 4H2O,正极：总反应负极反应,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成离子方程式：,2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2,根据化合价升降判断正负极,2Al + 2N
16、aOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,1.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反应制取氢气；,3.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而受到保护。如在铁器表面镀锌。,五、原电池的主要应用：,5.解释某些化学现象,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=H2,Mg2e=Mg2+,化学能,电能,Al,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,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)。,（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）,
