第一節(jié)原電池

1、第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ) 成紀(jì)中學(xué)高二化學(xué)備課組成紀(jì)中學(xué)高二化學(xué)備課組 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 1、了解原電池的工作原理及構(gòu)成條、了解原電池的工作原理及構(gòu)成條 件。件。 2 2、能夠正確判斷原電池的正負(fù)極。、能夠正確判斷原電池的正負(fù)極。 3 3、能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方、能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方 程式。程式。 4 4、鹽橋在原電池中的應(yīng)用。、鹽橋在原電池中的應(yīng)用。 復(fù)習(xí)回顧復(fù)習(xí)回顧 1、原電池是、原電池是_的裝置。的裝置。 原電池反應(yīng)的本質(zhì)是原電池反應(yīng)的本質(zhì)是_反應(yīng)。反應(yīng)。 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 氧化還原氧化還原 2、如右圖所示，組成的原電池：、如右圖所示，組成

2、的原電池： （1）當(dāng)電解質(zhì)溶液為?。┊?dāng)電解質(zhì)溶液為稀H2SO4時(shí)：時(shí)： Zn電極是電極是_（填（填“正正”或或“負(fù)負(fù)”）極，）極， 其電極反應(yīng)為其電極反應(yīng)為_，該反應(yīng)，該反應(yīng) 是是_（填（填“氧化氧化”或或“還原還原”，下同）反，下同）反 應(yīng)；應(yīng)； Cu電極是電極是_極，其電極反應(yīng)為極，其電極反應(yīng)為 _,該反應(yīng)是該反應(yīng)是_反應(yīng)。反應(yīng)。 （2）當(dāng)電解質(zhì)溶液為）當(dāng)電解質(zhì)溶液為CuSOCuSO4 4溶液時(shí)：溶液時(shí)： Zn電極電極 是是_極，其電極反應(yīng)為極，其電極反應(yīng)為_， 該反應(yīng)是該反應(yīng)是_反應(yīng)；反應(yīng)；Cu電極是電極是_極，極， 其電極反應(yīng)為其電極反應(yīng)為_,該反應(yīng)該反應(yīng)_反應(yīng)反應(yīng). 負(fù)負(fù) Zn 2e

3、 - = Zn 2+ 氧化氧化 正正 2H+ +2e- =H2 還原還原 負(fù)負(fù)Zn 2e - = Zn 2+ 氧化氧化正正 Cu2+ + 2e - = Cu還原還原 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) Zn-2e=Zn2+ 銅鋅原電池銅鋅原電池 電解質(zhì)電解質(zhì) 溶液溶液 失失e，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生 還原反應(yīng)還原反應(yīng) 2H+2e- =H2 陰離子陰離子 陽離子陽離子 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 負(fù)極負(fù)極 正極正極 2H+2e- =H2 Zn-2e- =Zn2+ Zn+2H+=Zn2+H2 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 (離子方程式）離子方程式） （化學(xué)方程式）（化學(xué)方程式） 電極反應(yīng)電極反應(yīng)

4、 正極：正極： 負(fù)極：負(fù)極：（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)） （還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)） 外電路外電路 內(nèi)電路內(nèi)電路 （1）電路）電路： 外電路外電路 內(nèi)電路內(nèi)電路 電子流向：負(fù)極流向正極電子流向：負(fù)極流向正極 電流方向：正極流向負(fù)極電流方向：正極流向負(fù)極 陰離子流向負(fù)極陰離子流向負(fù)極 陽離子流向正極陽離子流向正極 （2）電極）電極： 正極：電子流入的一極正極：電子流入的一極 負(fù)極：電子流出的一極負(fù)極：電子流出的一極 （3）電極反應(yīng)式：）電極反應(yīng)式： 正極：正極： 2H+ 2e- H2 負(fù)極：負(fù)極： Zn2e- Zn2+ （4）總反應(yīng)式：）總反應(yīng)式：Zn+ 2H+ Zn2+ + H2 3 3、組成原電池

5、的條件組成原電池的條件 （1）有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種是）有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種是 非金屬單質(zhì)或金屬氧化物）作電極。非金屬單質(zhì)或金屬氧化物）作電極。 （2）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。 （3）兩極相連形成閉合電路。）兩極相連形成閉合電路。 （4）內(nèi)部條件：能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。）內(nèi)部條件：能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。 （0707全國全國理綜）理綜）在盛有稀在盛有稀H H2 2SOSO4 4的燒杯中放入用的燒杯中放入用 導(dǎo)線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是導(dǎo)線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是 （ ） A.A.正極附近的正極附近的SOSO4 42 2離

6、子濃度逐漸增大 離子濃度逐漸增大 B. B. 電子通過導(dǎo)線由銅片流向鋅片電子通過導(dǎo)線由銅片流向鋅片 C. C. 正極有正極有O O2 2逸出逸出 D. D. 銅片上有銅片上有H H2 2逸出逸出 CuCu ZnZn 稀硫酸稀硫酸 D D 【練習(xí)練習(xí)】 問題：問題： 上述是我們?cè)诒匦奚鲜鍪俏覀冊(cè)诒匦?中學(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片中學(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片 置于稀硫酸的原電池，如果用它做電源，不但效率置于稀硫酸的原電池，如果用它做電源，不但效率 低，而且時(shí)間稍長電流就很快減弱，因此不適合實(shí)低，而且時(shí)間稍長電流就很快減弱，因此不適合實(shí) 際應(yīng)用際應(yīng)用。這是什么原因造成的呢？有沒有什么改進(jìn)。這是什么原因造成的呢？

7、有沒有什么改進(jìn) 措施？措施？ 造成的主要原因：由于在銅極上很快就聚集了許造成的主要原因：由于在銅極上很快就聚集了許 多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增 加了電池的內(nèi)阻，使電流不能暢通。這種作用稱加了電池的內(nèi)阻，使電流不能暢通。這種作用稱 為極化作用。為極化作用。 為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)如下圖（書為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)如下圖（書P71圖圖4-1）所示）所示 的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？ 實(shí)驗(yàn)探索實(shí)驗(yàn)探索 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 分析：改進(jìn)后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)分析：改進(jìn)后的裝置為什么

8、能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn) 生電流？鹽橋在此的作用是什么？生電流？鹽橋在此的作用是什么？ 有鹽橋存在時(shí)電流計(jì)指針發(fā)有鹽橋存在時(shí)電流計(jì)指針發(fā) 生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路。生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路。 取出鹽橋，電流計(jì)指針即取出鹽橋，電流計(jì)指針即 回到零點(diǎn)，說明沒有電流通過回到零點(diǎn)，說明沒有電流通過。 鹽橋制法：鹽橋制法：1)將熱的瓊膠溶液倒入將熱的瓊膠溶液倒入U(xiǎn)形管中形管中(注意不要產(chǎn)生注意不要產(chǎn)生 裂隙裂隙)，將冷卻后的，將冷卻后的U形管浸泡在形管浸泡在KCl或或NH4NO3的飽和溶的飽和溶 液中即可。液中即可。2)將將KCl或或NH4NO3的飽和溶液裝入的飽和溶液裝入U(xiǎn)形管，用形管，用 棉花堵住管口即可

9、。棉花堵住管口即可。 ZnSO4溶液溶液 CuSO4溶液溶液 實(shí)驗(yàn)三（書實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三（書實(shí)驗(yàn)4-1） 得出結(jié)論得出結(jié)論 鹽橋的作用：鹽橋的作用： （1 1）使整個(gè)裝置構(gòu)成通路使整個(gè)裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。，代替兩溶液直接接觸。 由于鹽橋（如由于鹽橋（如KClKCl）的存在，其中陰離子）的存在，其中陰離子ClCl- -向向ZnSOZnSO4 4 溶液擴(kuò)散和遷移，陽離子溶液擴(kuò)散和遷移，陽離子K K+ +則向則向CuSOCuSO4 4溶液擴(kuò)散和遷移，溶液擴(kuò)散和遷移， 分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用 不間斷地進(jìn)行，一直到鋅片

10、全部溶解或不間斷地進(jìn)行，一直到鋅片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的 CuCu2+ 2+幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與 幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與KClKCl溶液反應(yīng)產(chǎn)溶液反應(yīng)產(chǎn) 生沉淀，可用生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作鹽橋。作鹽橋。 （2 2）平衡電荷平衡電荷。 在整個(gè)裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離在整個(gè)裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離 子遷移完成的。子遷移完成的。ZnZn失去電子形成的失去電子形成的ZnZn2+ 2+進(jìn)入 進(jìn)入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液， ZnSOZnSO4 4溶液因溶液因ZnZn2+ 2+增

11、多而帶正電荷。同時(shí)， 增多而帶正電荷。同時(shí)，CuSOCuSO4 4則由于則由于CuCu2+ 2+ 變?yōu)樽優(yōu)镃u Cu ，使得，使得 SOSO4 42- 2-相對(duì)較多而帶負(fù)電荷。這兩種因素均 相對(duì)較多而帶負(fù)電荷。這兩種因素均 會(huì)阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。會(huì)阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。 思考：思考： 上述原電池裝置是將反應(yīng)的上述原電池裝置是將反應(yīng)的 化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的。指出化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的。指出 電池的正、負(fù)極，并分別寫電池的正、負(fù)極，并分別寫 出其中負(fù)極和正極的電極反出其中負(fù)極和正極的電極反 應(yīng)式以及該電池的總反應(yīng)方應(yīng)式以及該電池的總反應(yīng)方 程式。程式。 負(fù)極（鋅片）：負(fù)

12、極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反應(yīng)）氧化反應(yīng)） 正極（銅片）：正極（銅片）： Cu2+ + 2e - = Cu （還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)） 電池反應(yīng)（電池反應(yīng)（總化學(xué)方程式總化學(xué)方程式）：）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 電池符號(hào)電池符號(hào)： Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 負(fù)極負(fù)極 鹽橋鹽橋 正極正極 ZnSO4溶液溶液 CuSO4溶液溶液 ABCD 正極正極ZnCuCuFe 負(fù)極負(fù)極CuZnZnZn 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl 4、原電池的正負(fù)極的判斷方法、原電池的正負(fù)極的判斷方法 微觀判斷微觀判斷 （根據(jù)電子流動(dòng)（根據(jù)電

13、子流動(dòng) 方向方向） 電子流出的極電子流出的極 電子流入的極電子流入的極 負(fù)極負(fù)極 正極正極 較活潑的電極材料較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料較不活潑的電極材料 質(zhì)量增加的電極質(zhì)量增加的電極 工作后工作后 質(zhì)量減少的電極質(zhì)量減少的電極 負(fù)極負(fù)極 正極正極 正極正極 負(fù)極負(fù)極 工作后，有氣泡冒出的電極為正極工作后，有氣泡冒出的電極為正極 發(fā)生氧化反應(yīng)的極發(fā)生氧化反應(yīng)的極 發(fā)生還原反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極 宏觀判斷：宏觀判斷： 根據(jù)電極材料根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極根據(jù)原電池電極 發(fā)生的反應(yīng)發(fā)生的反應(yīng) 根據(jù)電極增重還是減重根據(jù)電極增重還是減重 根據(jù)電極有氣泡冒出：根據(jù)電極有氣泡冒出： 負(fù)極負(fù)極

14、 正極正極 5、原電池電極反應(yīng)式的書寫方法、原電池電極反應(yīng)式的書寫方法 先確定原電池的正負(fù)極，列出正負(fù)極上的先確定原電池的正負(fù)極，列出正負(fù)極上的 反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。 注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液 中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解 質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式；若正質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式；若正 極上的反應(yīng)物是極上的反應(yīng)物是O2，且電解質(zhì)溶液為中性或，且電解質(zhì)溶液為中性或 堿性，則堿性，則H2O必須寫入正極反應(yīng)式中，且必須寫入正極反應(yīng)式中，且O

15、2 生成生成OH-，若電解質(zhì)溶液為酸性，則，若電解質(zhì)溶液為酸性，則H+必須必須 寫入正極反應(yīng)式中，寫入正極反應(yīng)式中， 且且O2生成生成H2O。 正負(fù)極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)正負(fù)極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng) 的總方程式，若能寫出電池反應(yīng)的的總方程式，若能寫出電池反應(yīng)的 總方程式，可以減去交易寫出的電總方程式，可以減去交易寫出的電 極反應(yīng)式，從而得到較難寫出較難極反應(yīng)式，從而得到較難寫出較難 的電極反應(yīng)式。的電極反應(yīng)式。 A B 某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組 成原電池時(shí)，鋅為負(fù)極，此金屬是成原電池時(shí)，鋅為負(fù)極，此金屬是( )( ) A.MgA.M

16、g B.FeB.Fe C.AlC.Al D.CuD.Cu 由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí)，電解質(zhì)由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí)，電解質(zhì) 溶液的溶液的pH( )pH( ) A.A.不變不變 B.B.先變大后變小先變大后變小 C C逐漸變大逐漸變大 D.D.逐漸變小逐漸變小 C 例題：例題： 如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線 將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯 中央滴入中央滴入CuSO4溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是 ( D ) A. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定鐵圈和

17、銀圈左右搖擺不定 B. 保持平衡狀態(tài)保持平衡狀態(tài) C. 鐵圈向下傾斜，銀圈向上傾斜鐵圈向下傾斜，銀圈向上傾斜 D. 銀圈向下傾斜，鐵圈向上傾斜銀圈向下傾斜，鐵圈向上傾斜 6、電解質(zhì)溶液和電極材料的選擇、電解質(zhì)溶液和電極材料的選擇 活潑性不同的兩種金屬。如鋅銅原電池，鋅作活潑性不同的兩種金屬。如鋅銅原電池，鋅作 負(fù)極，銅作正極負(fù)極，銅作正極 金屬和非金屬。如鋅錳干電池，鋅作負(fù)極，石金屬和非金屬。如鋅錳干電池，鋅作負(fù)極，石 墨棒作正極墨棒作正極 金屬和化合物。如鉛蓄電池，鉛版作負(fù)極，金屬和化合物。如鉛蓄電池，鉛版作負(fù)極， PbO2作正極作正極 惰性電極。如氫氧燃料電池中，兩根電極均可惰性電極。如氫

18、氧燃料電池中，兩根電極均可 用用Pt （電池的電極必須導(dǎo)電）（電池的電極必須導(dǎo)電） 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若反電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若反 應(yīng)分別在兩個(gè)燒杯中進(jìn)行，則左右兩個(gè)燒杯中的應(yīng)分別在兩個(gè)燒杯中進(jìn)行，則左右兩個(gè)燒杯中的 電解質(zhì)溶液一般應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子。電解質(zhì)溶液一般應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子。 請(qǐng)根據(jù)氧化還原反應(yīng)請(qǐng)根據(jù)氧化還原反應(yīng) : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 設(shè)計(jì)成原電池。設(shè)計(jì)成原電池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案? Cu Cu 2e- = Cu2+ 比比Cu不活潑的金屬或石墨不活潑的金屬或石墨 2Fe3+ +

19、2e- = 2Fe2+ Fe2(SO 4 )3、FeCl3等等 負(fù)極：負(fù)極： 正極：正極： 電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液： 若是采用燒杯和鹽橋裝置圖，采用的電解質(zhì)溶液又是若是采用燒杯和鹽橋裝置圖，采用的電解質(zhì)溶液又是 什么？試畫出原電池的裝置簡圖。什么？試畫出原電池的裝置簡圖。 1.利用原電池原理設(shè)計(jì)新型化學(xué)電池；利用原電池原理設(shè)計(jì)新型化學(xué)電池； 2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實(shí)驗(yàn)室用粗鋅與硫酸改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實(shí)驗(yàn)室用粗鋅與硫酸 反應(yīng)制取氫氣；反應(yīng)制取氫氣； 3.進(jìn)行金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱比較；進(jìn)行金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱比較； 4.電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極 而受到保

20、護(hù)。如在鐵器表面鍍鋅。而受到保護(hù)。如在鐵器表面鍍鋅。 二、原電池的主要應(yīng)用：二、原電池的主要應(yīng)用： 5.解釋某些化學(xué)現(xiàn)象解釋某些化學(xué)現(xiàn)象 例：例： 下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是 C.將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極；將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極； A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2氣放出氣放出； B.在氧化在氧化還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多； D.同價(jià)態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；同價(jià)態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)； （C） 把把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線 兩兩相連組成原電池。若兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，相連時(shí)，a為負(fù)極；為負(fù)極； c、d相連時(shí)，電流由相連時(shí)，電流由d到到c；a、c相連時(shí)，相連時(shí)，c極上產(chǎn)極上產(chǎn) 生大量氣泡，生大量氣泡，b、d相連時(shí)，相連時(shí)，b上有大