1、第四章 电化学基础,第一节 原电池,电化学：指研究化学能与电能之间相互转 换的装置、过程和效率的科学。,过程及装置分按电化学反应,2. 借助电流而发生反应及装置 (如:电解池),1. 产生电流的化学反应及装置 (如:原电池等),1、原电池的定义： 2、原电池反应的本质： 3、构成原电池的条件：,将化学能转化为电能的装置叫做原电池。,氧化还原反应,两个活动性不同的金属（或其中一种为 非金属，即作导体用）作电极。 电解质溶液 形成闭合回路 在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,灯泡,Zn2e- = Zn2+,负极,正极,2H+2e-=H2,总反应式:
2、,Zn+2H+= Zn2+H2,负,正,氧化反应,还原反应,现象：,锌棒溶解，铜棒上有气泡,原电池工作原理,Cu,Zn,Zn2+,H+,H+,负极,正极,阳离子,阴离子,正极,负极,SO42-,原电池工作原理,A,e-,4、原电池反应原理,粒子流向,电子：负极正极,电流：正极负极,溶液中阴离子负极,溶液中阳离子正极,电极 反应,负极：氧化反应,活泼金属失电子变阳离子,正极：还原反应,溶液中离子得电子,总反应：负极金属与电解质溶液的离子反应,5、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
3、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 根据电极质量的变化 根据电极有气泡冒出：,负极 正极,A,B,C,D,E,F,M,N,下列哪几个装置能形成原电池？,O,V,X,V,V,X,X,X,V,V,思考与练习,思考：如何才能得到持续稳定的电流？,分析： 由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。,对锌铜原电 池工作原理的进一步探
4、究,在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池。,实验探究,锌铜原电池装置示意图,由两个半电池组成，锌 和锌盐组成锌半电池，铜和 铜盐组成铜半电池；每个半 电池中的电极与电解质溶液 互不反应，中间通过盐桥连接 形成闭合回路。,装置特点：,盐桥的作用：,（1）是离子通道，与外电路的电子通道相衔接；（2）是离子库，为保持溶液电中性，氧化作用产生的Zn2+需要阴离子来补充，Cu2+发生还原反应，需要阳离子来补充；而作为KCl饱和溶液盐桥有足够的离子供给，所以是离子库。,盐桥制法：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
5、即可。,负极反应：,Zn-2e-= Zn2+,正极反应：,Cu2+2e- = Cu,电池总反应：,Zn+Cu2+= Zn2+Cu,锌半电池,铜半电池,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液 盐桥,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,负极,正极,阳离子,铜锌双液原 电 池 原 理,外电路,内电路,电极反应总式：,氧化还原反应,原电池反应本质：,活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极 金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极 金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极 惰性电极。如氢氧燃料电池中，
6、两根电极均可用Pt,（2）电池的电极材料必须能导电,（1）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烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。,6、原电池的设计,1.根据上述原理,为获得较长时间的稳定电流,如何将必修2中由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？,课堂练习（上述原理的应用）,练习： 利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。,负极：Fe 2e- =Fe2+,正极：Cu2+ +2e- =Cu,Cu,Fe,CuSO4,FeSO4,请根据氧化还原反应 : Cu +2 F
7、e3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 设计成原电池。你有哪些可行方案?,Cu Cu 2e- = Cu2+,比Cu不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+,Fe2(SO4 )3、FeCl3等,负极： 正极： 电解质溶液：,练一练,若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？,2. 依据氧化还原反应： 2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s) 设计的原电池如图所示，请回答下列问题：,（1）电极X的材是 ； 电解质溶液Y是 ； （2）银电极为电池的 极， 发生的电极反应为 ；,X电极上发生的电极反应为 ； （3）外电路中的电子是从 电极 流向
8、 电极。,Cu,AgNO3,正,X,Ag,3.控制适合的条件，将反应2Fe3+2I- 2Fe2+I2 设计成如右图所示的原电池。下列判断不正确的是 A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B. 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原 C. 电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D. 电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极,D,7、原电池的表示方法： (-) Zn|Zn2+ (C1) Cu2+ (C2)|Cu (+) “|”表示液-固相有一界面；“”表示盐桥。 在有气体参加的电池中还要表明气体的压力，溶液要表明浓度。,(1)比较金属活动性强弱。,：,例1 下列叙
9、述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（ ） A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶 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； C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极； D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；,C,8、原电池原理应用,(2)比较反应速率快慢,例2 ：下列制氢气的反应速率最快的是（ ） A.纯锌和1mol/L 硫酸； B.纯锌和18 mol/L 硫酸； C.粗锌和 1mol/L 盐酸； D.粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D,(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),
10、(3),(4),(2),(1),(3),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),(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值为_？（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 -lg3.75,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn
11、2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y 0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,3.4,0.015,4 -0.6,3.4,(5)原电池原理的综合应用,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。 “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 。 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.,摩擦生热,产生启动反应的热量,使用“热敷袋”时受热均匀.,化学电池的组成,能导电的物质,还原性较强的物质(多是金属电极本身),氧化性较强的物质,酸溶液 碱溶液 盐溶液 或 熔融液,小结,流出电子,流入电子,氧化反应,还原反应,
