1、第 四 章,电化学基础,有关电化学的知识是无机化学中很重要的知识，它既涉及到理论知识，又与元素化合物知识密切相关。化学能与其它形式的能量可以相互转换，而且严格遵守能量守恒定律。化学能和电能通过一定的装置也可以相互转换，从能量转换角度看，电化学反应过程(包括装置)可分两类：一是化学能转换为电能，二是电能转换为化学能。通过化学能和电能之间的相互转换，能够使我们对氧化还原反应的认识及化学反应中能量变化的认识更加深刻。,燃料电池公共汽车,第一节原电池,新课情境呈现,某化学兴趣小组为了体验水果电池电流的存在进行了下列实验。用橘子一个，铝片和锌片各一片，电灯泡一个，按图连接好。在实验前，先用砂纸擦去金属表
2、面的氧化膜，实验时保持两金属插在橘子上不能直接接触。你知道在上述水果电池中，电流的强弱与两极的距离有什么关系吗？影响电流的因素还可能有哪些呢？,电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机这一切都依赖于电池的应用。那么，电池是怎样把化学能转变为电能的呢？我们这节课先一起复习一下有关原电池的相关内容。,课前新知预习,一、原电池,化学能,电能,氧化还原,金属,闭合回路,电解质溶液,微点拨：(1)原电池是将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域反应，引起电子的定向移动。(2)常见的非金属电极为石墨，又叫碳棒。,二、原电池
3、的工作原理,逐渐溶解,金属铜析出,偏移,负,正,失,得,流出,流入,氯离子,钾离子,钾离子,氧化反应,还原反应,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,三、原电池的设计1外电路。负极 _性较强的物质被氧化 e正极_性较强的物质被还原2内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作_。微点拨：只有自发进行的氧化还原反应才能设计原电池。,还原,氧化,定向移动,预习自我检测,解析：原电池的正极也可以由非金属(例如石墨)构成。,B,解析：B项中乙醇不是电解质溶液；C项装置不构成闭合回路；D项两极材料活泼性相同。,A,解析：能设计成原电池的化学反应应属于能自发进行的放热的氧化还原反应。A为吸热的非自发氧化还
4、原反应，B、C不属于氧化还原反应，D为能自发进行的放出能量的氧化还原反应。,D,解析：根据原电池原理，作为负极的金属活动性比正极金属的活动性强。电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，因此可作出如下判断：活动性：ab；cd；ac；db，综合得结论，金属活动性：acdb。,B,6利用反应Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2，设计一个原电池，在下边方框内画出实验装置图，并指出正极为_，电极反应式为_；负极为_，电极反应式为_。,Pt,2Fe32e=2Fe2,Zn,Zn2e=Zn2,解析：根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是，首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原
5、反应)：Zn2e=Zn2，2Fe32e=2Fe2；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Zn作材料，正极要保证Fe3得到负极失去的电子，一般用不能还原Fe3的材料如Pt或碳棒等，电解质溶液只能用含Fe3的电解质溶液如FeCl3溶液等。,课堂探究研析,原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正极和负极的方法是：1由组成原电池两极的电极材料判断。一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。2.根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。3.根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断。在原电池的电解质溶液中，阳
6、离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。,知识点1原电池正负极的判断方法,4根据原电池两极发生的变化来判断，原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。5.依据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或者有气体放出的一极为正极。提示：根据电极材料的活泼性来判断正负极，要注意电解质溶液对原电池正负极的影响。例如，Mg、Al、NaOH溶液构成的原电池，Al为负极；Fe(或Al)、Cu、浓HNO3构成的原电池，Cu为负极。,A,C,解析：判断原电池正负极，除考虑活泼性还要注意电解质溶液对正负极的影响。对于稀硫酸来说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来说，铝是比镁更活泼的金
7、属，所以A池中镁是负极，B池中铝是负极，B对；A池中电极反应为Mg2e=Mg2，A对；B池中电子流向为AlMg，C项错。A池中正极2H2e=H2，随着反应进行，c(H)减小，pH增大，D对。,1设计原电池(1)设计依据形成原电池的基本条件，即是设计原电池的基本依据。(2)设计思路根据氧化还原反应方程式写出电极反应式；确定两电极材料；确定电解质溶液；,知识点2原电池原理的应用,构成闭合回路。例如：以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2为依据，设计一个原电池。a将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极电极反应式。负极：Cu2e=Cu2正极：2Fe32e=2Fe2
8、b确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料必须比发生氧化反应的电极材料活泼性差。本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。,c确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作电解质溶液。d构成闭合回路。提示： 设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸。如燃料电池，水中一般要加入KOH或H2SO4。,2加快氧化还原反应速率(1)实验室制取氢气时用粗锌比用纯锌产生氢气的速率快，
9、原因是粗锌中的杂质和锌形成原电池，使产生氢气的速率加快。(2)在稀硫酸中加入少量硫酸铜溶液，锌与硫酸铜发生置换反应，在锌的表面生成的铜与锌构成原电池，产生氢气的速率加快。,3比较金属的活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极反应现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab。4用于金属的防护如要保护一个铁闸。可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。5寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源,(1)完成原电池甲的装置示意图(见图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(下列三幅图
10、中，任意一幅即可),或,(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_ _。,电极逐渐溶解，表面有红色固体析出,甲,原电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；原电池甲的负极不与所接触的电解质溶液发生化学反应，化学能在转化为电能时损耗较小,解析：A项，属于非氧化还原反应，不能用于设计原电池；B项，锌与置换出来的铜在电解质溶液中构成原电池，加快产生H2的速率；C项，Cu与稀H2SO4不反应，Fe在稀H2SO4中不发生钝化；D项，H应
11、向原电池的正极作定向移动。,B,学科核心素养,原电池的电流是怎样产生的我们以铜锌原电池为例来分析原电池的电流是怎样产生的。 锌片上和ZnSO4溶液中都存在Zn2。在锌片和溶液的接触面上，水分子与金属表面的Zn2相互吸引，发生水合作用，使部分Zn2离开锌片进入溶液：ZnZn22e溶液中的Zn2也可以沉积到锌片的表面：Zn22eZn,由于前一过程的趋势大于后一过程，并且锌片上的电子不能自由进入溶液，因而锌片带负电荷。又由于异性电荷的吸引作用，锌片上的电子与溶液中的Zn2在金属一水界面的两侧聚积，最终在锌片和ZnSO4溶液的界面达到溶解与沉积的平衡状态：ZnZn22e此时，由于锌片与溶液的界面两侧电荷不均等，便产生了电势差。,铜原子和锌原子失电子的能力不同，因此铜电极和锌电极的溶解沉积平衡状态不一样，两个电极材料与其溶液间的电势差不相等。由于锌原子比铜原子容易失电子，在锌电极的锌片表面上积累的电子比铜电极的铜片表面上积累的电子多，因此将两极接通后，电子由锌片流向铜片。电子的移动破坏了两极的溶解沉积平衡，锌极的平衡由于电子移走而向溶解方向移动，铜极的平衡由于电子移入而向沉积方向移动；结果使电子持续流动形成电流。,课堂达标验收,课后素养演练,
