原 電 池經(jīng)典講義

1、原 電 池 講 義 一、目標(biāo)體驗化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過程理,解電解原理，會判斷電解池、電極產(chǎn)物、電極周圍溶液pH值及整個溶液pH值的變化；二、重點初步認(rèn)識原電池概念、原理、組成及應(yīng)用。理解電解原理和以電解CuCl2溶液為例得出惰性電極作陽極時的電解的一般規(guī)律。三、難點通過對原電池實驗的研究，引導(dǎo)學(xué)生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，以及這種轉(zhuǎn)化的綜合利用價值。四、教學(xué)過程復(fù)習(xí)氧化還原反應(yīng)的基本概念概念：凡有元素化合價升降的化學(xué)反應(yīng)叫氧化還原反應(yīng)。特征：化合價發(fā)生變化。本質(zhì)：有電子得失或共用電子對的偏離。得氧和失氧觀化合價升降觀電子得失觀氧化反應(yīng)得氧的反應(yīng)化合價升高的反應(yīng)失去電子的

2、反應(yīng)還原反應(yīng)失氧的反應(yīng)化合價降低的反應(yīng)得到電子的反應(yīng)氧化還原反應(yīng)有氧得失的反應(yīng)有化合價升降的反應(yīng) 有電轉(zhuǎn)移的反應(yīng)氧化與還原關(guān)系得氧失氧同時發(fā)生，得失氧數(shù)相等化合價升降同時發(fā)生，且升降總數(shù)相等得失電子同時發(fā)生且得失電子總數(shù)相等.判斷其反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)的方法：看有無元素化合價變化。氧化還原反應(yīng)有氧得失的反應(yīng)，有化合價升降的反應(yīng)，有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，氧化與還原關(guān)系得氧失氧同時發(fā)生，得失氧數(shù)相等，化合價升降同時發(fā)生且升降總數(shù)相等，得失電子同時發(fā)生且得失電子總數(shù)相等一個氧化還原反應(yīng)可以分為兩個半反應(yīng)，即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，一般的氧化還原反應(yīng)是還原劑把電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑，有電子轉(zhuǎn)移但并沒有電流產(chǎn)生，

3、如果把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開即使它們在兩個不同的區(qū)域里進(jìn)行就有可能產(chǎn)生電流。即構(gòu)成原電池(一)、原電池：銅片、鋅片、硫酸都是同學(xué)們很熟悉的物質(zhì)，利用這三種物質(zhì)我們再現(xiàn)了1799年意大利物理學(xué)家-伏打留給我們的歷史閃光點！ZnCu×【實驗探究】(銅鋅原電池)實  驗  步  驟現(xiàn)         象1、鋅片插入稀硫酸  2、銅片插入稀硫酸  3、鋅片和銅片上端連接在一起插入稀硫酸  【問題探究】1、鋅片和銅片分別插入稀硫酸中有什么現(xiàn)象發(fā)生？2、鋅片

4、和銅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，現(xiàn)象又怎樣？為什么？3、鋅片的質(zhì)量有無變化？溶液中c (H+)如何變化？4、鋅片和銅片上變化的反應(yīng)式怎樣書寫？5、電子流動的方向如何？（1）原電池概念：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。（2）實質(zhì)：將一定的氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的形式釋放。（3）原理：（負(fù)氧正還）一般用離子反應(yīng)方程式表示原電池正負(fù)極的工作原理，又叫電極方程式或電極反應(yīng)。一般先寫負(fù)極，所以可表示為： 負(fù)極（Zn）：Zn2eZn2 （氧化） 正極（Cu）：2H2eH2（還原）二、原電池的構(gòu)成條件 （一般指有實際意義的電池）1、活潑性不同的兩電極 2、電解質(zhì)溶液

5、 3、形成閉合回路（導(dǎo)線連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液）4、自發(fā)的氧化還原反應(yīng)(本質(zhì)條件)例1.下列裝置那些能構(gòu)成原電池， 如果是原電池，請判斷出它的正負(fù)極并寫出電極反應(yīng)式。Fe E F思考：鋅銅原電池的正負(fù)極可換成哪些物質(zhì)？保證鋅銅原電池原理不變，正負(fù)極可換成哪些物質(zhì)？（ C、Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au等）（1）銀圈和鐵圈用細(xì)線連在一起懸在水中，滴入硫酸銅，問是否平衡？（2）Zn/ZnSO4/Cu/CuSO4鹽橋（充滿用飽和氯化鈉浸泡的瓊脂）如下圖 此電池的優(yōu)點：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。用到了鹽橋，什么是鹽橋？鹽橋的作用是什么？鹽橋中裝有飽和的溶液和瓊脂制成的膠凍，膠凍

6、的作用是防止管中溶液流出。 可使由它連接的兩溶液保持電中性，否則鋅鹽溶液會由于鋅溶解成為Zn2+而帶上正電，銅鹽溶液會由于銅的析出減少了Cu2+而帶上了負(fù)電。鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移，使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進(jìn)行。 導(dǎo)線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內(nèi)電路。 三、原電池的工作原理：正極反應(yīng)：得到電子 （還原反應(yīng)） 負(fù)極反應(yīng)：失去電子 （氧化反應(yīng)）總反應(yīng)：正極反應(yīng)+負(fù)極反應(yīng)較繁電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-簡單電極反應(yīng)式堿性電池的電極反應(yīng)中不會出現(xiàn)H+，酸性電池的電極反應(yīng)式中不會出現(xiàn)OH-,失電子，電極反應(yīng)式的書寫：列物質(zhì)，標(biāo)得失；選離子，配電荷；配個數(shù)，巧

7、用水；兩式加，驗總式。四、原電池中的幾個判斷1.正極負(fù)極的判斷：化合價升高的物質(zhì)作負(fù)極，反之是正極材料。2.電流方向與電子流向的判斷電流方向：正負(fù) 電子流向：負(fù)正電解質(zhì)溶液中離子運動方向的判斷 陽離子: 向正極區(qū)移動 陰離子: 向負(fù)極區(qū)移動課堂練習(xí)判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池，并寫出相應(yīng)反應(yīng)式。構(gòu)成了原電池的裝置是_；其中正極材料為_，電極反應(yīng)是_；負(fù)極材料為_，電極反應(yīng)是_，總的反應(yīng)是_。例1.寫出下列原電池正極和負(fù)極電極反應(yīng)式鐵和銅一起用導(dǎo)線相連插入濃硝酸中（剛開始時） 鎂和鋁一起用導(dǎo)線相連插入氫氧化鈉中鎂鋁/硫酸； 鋁碳/氫氧化鈉； 鋅碳/硝酸銀 ； 鐵銅在硫酸中短路；分別寫出乙醇在堿性

8、和酸性條件下的燃料電池的電極反應(yīng)式； 硅碳/氫氧化鈉 氨的氧化形成氮氣的電池（堿性條件下) 熔融鹽燃料電池具有高的放電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)猓諝馀cCO2的混合氣為正極助燃?xì)?，已制得?500C下工作的燃料電池，試完成有關(guān)的電極反應(yīng)式： 3.化學(xué)電源的種類分三種：一次性電池（常用的干電池），二次電池（可充電電池），燃料電池。.鋰電池特點：負(fù)極為密度最小的金屬材料：使用和貯存壽命長；工作效率高，供出電流的電壓高 幾種新型燃燒電池。 （1）.鋁一空氣燃料電池（電解質(zhì)為食鹽溶液）總方程式為： 4Al+3H2O+3O2=4Al(OH)3

9、 寫出正負(fù)極電極反應(yīng)式 這種電池是用純鋁作負(fù)極，空氣作正極，使鋁在鹽溶液中溶解，產(chǎn)生電流?？纱嫫妥鳛槠嚨膭恿?。其優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。 這種電池能量轉(zhuǎn)化率高，其燃燒產(chǎn)物是水，不會污染環(huán)境。五金屬的腐蝕生活經(jīng)驗告訴我們，有些金屬制品在使用一段時間后，會失去表面的光澤，嚴(yán)重的會變得銹跡斑斑，實際上金屬的生銹都與原電池的形成有關(guān)。下面我們就來分析一下金屬銹蝕的原因。金屬的電化學(xué)腐蝕 什么是金屬的腐蝕?其本質(zhì)是什么?金屬的腐蝕有哪幾種? 金屬的腐蝕是指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 什么是化學(xué)腐蝕和

10、電化學(xué)腐蝕。 鐵和氯氣直接反應(yīng)而腐蝕。鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕均為化學(xué)腐蝕。鋼鐵在潮濕的空氣中生銹是電化學(xué)腐蝕， 金屬的腐蝕 化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的區(qū)別和聯(lián)系， 化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與氧化劑直接接觸不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化的過程較活潑金屬被氧化的過程相互關(guān)系化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生 請同學(xué)們講述一下金屬在潮濕的環(huán)境中生銹的原因。 在潮濕的空氣里。鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜這層水膜里含有少量H+和OH一，還溶解了02等氣體，結(jié)果在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液，它與鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成無數(shù)微小的原

11、電池。電極反應(yīng)方程式。負(fù)極（Fe):2Fe4e=2Fe2+； 正極（C):2H2O+O2+4e=4OH 總反應(yīng)：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 Fe(OH)2繼續(xù)被O2氧化生成Fe(OH)3，失去部分水轉(zhuǎn)化為鐵銹（Fe2O3·xH2O)。這種腐蝕是由于電解質(zhì)溶液中溶有O2造成的。所以把這種電化學(xué)腐蝕叫做吸氧腐蝕。這種腐蝕普遍存在，在電化學(xué)腐蝕中為主。如果電解質(zhì)溶液中有CO2氣體或H時，會有H2放出（析出），所以這種電化學(xué)腐蝕也叫析氫腐蝕?？傊?，無論是哪種腐蝕，其結(jié)果都是水膜中OH濃度相對增加。 析氫腐蝕的電極反應(yīng)：負(fù)極（Fe）:Fe2e=Fe2+正極（C）:2H+2e=H2

12、 金屬腐蝕的現(xiàn)象在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在，金屬被腐蝕后，在外形、色澤以及機(jī)械性能等方面都將發(fā)生變化，會使機(jī)器設(shè)備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降低，影響使用以至報廢。有些嚴(yán)重事故就是由于金屬腐蝕引起的。因此，了解金屬腐蝕的原因和防止金屬腐蝕的方法具有很重要的意義。 金屬的防護(hù)影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面。請閱讀課文中有關(guān)內(nèi)容，然后回答兩個問題。 金屬鋁為什么不易腐蝕？金屬中能導(dǎo)電的雜質(zhì)不如該金屬活潑時，金屬是否容易腐蝕？介質(zhì)對金屬腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。因此，要經(jīng)常對機(jī)器和儀表進(jìn)行保養(yǎng)。 改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制成

13、不銹鋼；在金屬表面覆蓋保護(hù)層，如噴漆、涂油、電鍍等。 除以上方法外還可以用原電池的原理來保護(hù)金屬。請根據(jù)原電池的原理想一想被保護(hù)的金屬應(yīng)作原電池的哪一極。練習(xí)1.表面鍍有保護(hù)金屬層的鐵片，當(dāng)鍍層有破損時比普遍鐵片更易腐蝕的是( )A.白鐵（鍍鋅鐵） B.馬口鐵（鍍錫鐵） C.鍍鎳鐵 D.鍍銅鐵 2用銅鉚釘或鋁鉚釘把兩張鋼板鉚在一起各將發(fā)生什么現(xiàn)象?課堂練習(xí) 1.金屬A不純，混有金屬C，發(fā)生銹蝕時，A先腐蝕，將A與B金屬組成原電池時，則 A為電池的正極，A、B、C三種金屬的活動性順序為( )A. ACB B.ABC BAC D.BCA 2.電子計算器中所用鈕扣式電池為銀鋅電也，其電極分別為Ag2

14、O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應(yīng)為：Zn+2OH2e=Zn(OH)2,Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH。下列敘述正確的是( )A.電流由鋅經(jīng)導(dǎo)線流向Ag2O B. 鋅是陰極， Ag2O是陽極C. 鋅是負(fù)極， Ag2O是正極D.工作時，負(fù)極區(qū)域溶液pH減小，正極區(qū)溶液pH增大3干電池碳棒和鋅筒中間填充了NH4Cl和MnO2的混合物。放電時總反應(yīng)方程式為Zn +2MnO2+2NH=Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O，干電池中MnO2的作用是 ( )A干電池中的催化劑 B把C氧化成CO2C把鋅氧化成Zn2+ D把生成的H2氧化成H2O4埋在地下的輸油鑄鐵管道，在下列各情況下，腐蝕速

15、度最慢的是 ( ) A在含鐵元素較多的酸性土壤中 B在潮濕疏松透氣的土壤中C在干燥致密不透氣的土壤中 D在含碳粒較多，潮濕透氣的中性土壤中5、 把鋅片和鐵片放在盛有稀食鹽水和酚酞試液混合溶液的玻璃皿中（如圖所示平面圖），經(jīng)過一段時間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是（ ）A、和附近 B、和附近C、和附近 D、和附近6、如圖 甲乙兩池分別以碳棒、鉑條、鋁條、鎂條為電極，并用導(dǎo)線相連接，以NaCl、NaOH溶液為電解溶液，有關(guān)該裝置的描述正確的是 ( )A. 乙池中,Mg極的電極反應(yīng)是 Mg-2e-=Mg2+ B. 甲池中,Pt極的電極反應(yīng)是 2Cl2e-=Cl2 C. 隨著反應(yīng)的進(jìn)行.乙池中 n(N

16、aOH)保持不變D. 反應(yīng)過程中,甲池中兩極附近溶液 PH( C )<PH(Pt)7、用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂一KNO3的U型管)構(gòu)成個原電池(如圖)。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是在外電路中，電流由銅電極流向銀電極 正極反應(yīng)為：Ag+ + e- Ag實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A D C D8用惰性電極電解一段時間后（溶質(zhì)都有剩余），甲、乙兩池串聯(lián)且甲乙兩池中溶液的pH變化趨勢相同，且兩陽極、兩陰極的反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)的量分別相等的是（ ） ABCD甲 池H2SO4(aq)Cu

17、Cl2(aq)HCl(aq)NaOH(aq)乙 池AgNO3(aq)K2SO4(aq)NaCl(aq)CuSO4(aq)9下列關(guān)于原電池的敘述中，正確的是 （ ）A. 原電池中，正極就是陽極，負(fù)極就是陰極 B. 形成原電池時，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)C. 原電池工作時，溶液中的陽離子向負(fù)極移動 D. 電子從負(fù)極流向正極10下列關(guān)于原電池的敘述正確的是 （ ） A. 構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬 B. 原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C. 在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被還原D. 原電池放電時，電流的方向是從負(fù)極到正極11 在用Zn、Cu片和稀H2SO4組成的原電池裝置中，經(jīng)過

18、一段時間工作后，下列說法中正確的是 ( )A. 鋅片是正極，銅片上有氣泡產(chǎn)生 B. 電流方向是從鋅片流向銅片C. 溶液中H2SO4 的物質(zhì)的量減少 D. 電解液的PH保持不變12一個原電池的總反應(yīng)的離子方程式是ZnCu2+Zn2+Cu，該反應(yīng)的原電池的正確組成是 ABCD正極ZnCuZnFe負(fù)極Cu ZnAgZn電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuCl213以Mg片和Al片為電極，并用導(dǎo)線連接，同時插入NaOH溶液中，下列說法正確的是 A. Mg片作負(fù)極，電極反應(yīng)：Mg2eMg2+B. Al片作負(fù)極，電極反應(yīng)：Al4OH3eAlO22H2OC. 電子從Mg電極沿導(dǎo)線流向Al電極 D.

19、Mg片上有氣泡產(chǎn)生14下列事實能說明Al的金屬活動性比Cu強(qiáng)的是 （ ）A、常溫下將鋁和銅用導(dǎo)線連接組成原電池放入到氫氧化鈉溶液中B、常溫下將鋁和銅用導(dǎo)線連接組成原電池放入到稀鹽酸溶液中C、與氯氣反應(yīng)時，鋁失去3個電子，而銅失去2個電子D、常溫下，鋁在濃硝酸中鈍化而銅不發(fā)生鈍化15、既能與酸(H+)反應(yīng)，又能與堿(OH-)反應(yīng)的是：MgO Al(OH)3 NaHSO4 NaHCO3 NH4HS CaCO3A B C D 16.（2014·廣東）某小組為研究電化學(xué)原理，設(shè)計如圖裝置。下列敘述不正確的是（ ）A.a和b不連接時，鐵片上會有金屬銅析出B. a和b用導(dǎo)線連接時，銅片上發(fā)生的反應(yīng)為：Cu2+2e-=CuC.無論a和b是否連接，鐵片均會溶解，溶液均從藍(lán)色逐漸變成淺綠色D. a和b分別連接直流電源正、負(fù)極，電壓足夠大時，Cu2向銅電極移動17.將Mg條、Al條平行插入一定濃度的NaOH溶液中（如下圖所示），用電器連接成原電池。此電池工作時，下列敘述正確的是( )A.Mg比Al活潑，Mg失去電子被氧化成Mg2+B.Al條表面雖有氧化膜，但可不進(jìn)行處理C.該電池的外電路中，電子由Mg極流出，Al極流入D.消耗24 gMg，電路中將流動2 mol電子18.下列敘述正確的是 ( )原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置 原電池的正極