選修4第一、二節(jié)原電池和化學(xué)電源

1、第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 原電池CuFeH2SO4CuZnH2SO4CuFeNaCl溶溶液液CuFeNaCl溶液溶液CuZn酒酒精精CuZnH2SO4H2SO4ABCDEFMnZnZ4OS2HNuC4OS2H下列哪幾個(gè)裝置能形成原電池？OVXVVXXXVV思考與練習(xí)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)()()Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e- =Cu 硫酸銅溶液硫酸銅溶液ZnCue-SO42-Cu2+AZn + Cu2+ = Zn2+ + Cu Cu復(fù)習(xí)：原電池的工作原理CuCuZnZn-溶液中陰、陽離子分別向哪個(gè)電極運(yùn)動(dòng)？ZnZn2+2+ZnZn2+2+ZnZn2+2+ZnZn2+2+ZnZn2+2+ZnZn

2、2+2+- - -ZnZn2+2+CuCu2+2+負(fù)極負(fù)極正極正極靜電作用靜電作用【為什么？】24SO正極正極 負(fù)極負(fù)極電流流向電流流向電子流向電子流向-負(fù)極：電子流出的一極負(fù)極：電子流出的一極正極：電子流入的一極正極：電子流入的一極發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極化合價(jià)升高的一極為負(fù)極化合價(jià)升高的一極為負(fù)極開始實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鋅片Zn-2e-=Zn2+銅Cu2+2e-=Cu電流表鋅片腐蝕，不斷溶解銅片上有紅色物質(zhì)析出電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)一段時(shí)間實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鋅片也被紅色物質(zhì)覆蓋電流表讀數(shù)不斷減小實(shí)驗(yàn)探究一實(shí)驗(yàn)探究一銅片質(zhì)量增重CuSO4 溶液溶液AZn1.1.為什么電流表讀數(shù)為什么電流表讀數(shù)

3、不斷減??？不斷減??？問題問題2.能否阻止能否阻止Cu2+在鋅片在鋅片表表 面析出？面析出？Zn2+SO42-A1.1.燒杯中加什么溶液？燒杯中加什么溶液？實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為什么？為什么？ SO42- Zn2+ 2. 2.安培表指針會(huì)偏轉(zhuǎn)嗎？安培表指針會(huì)偏轉(zhuǎn)嗎？3.3.怎樣構(gòu)成閉合回路？怎樣構(gòu)成閉合回路？實(shí)驗(yàn)探究二實(shí)驗(yàn)探究二鹽橋鹽橋中中通常裝有含通常裝有含KCl飽和飽和溶液的瓊脂溶液的瓊脂 K+和和Cl-在鹽橋中能移動(dòng)在鹽橋中能移動(dòng) 信息提示信息提示交流研討：1、在鹽橋插入之前，電流計(jì)指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？2、在鹽橋插入之后，電流計(jì)指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？3、左右燒杯中各發(fā)生了什么反應(yīng)？4、該裝置與普通鋅

4、銅原電池相比，有什么不同的地方？?jī)蓚€(gè)半電池：包括電極材料和電解質(zhì)溶液，兩個(gè)隔離的半電池通過鹽橋連接起來。SO42Zn2+eeSO42Cu2+K+鹽橋工作示意圖CuZnK+ClK+ClK+ClK+ClK+ClClK+K+ClK+K+K+ClClK+ClClCl鋅半電池鋅半電池銅半電池銅半電池電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)： Cu2+2e- =CuZn2e- =Zn2+Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu鋅銅原電池（鹽橋）鋅銅原電池（鹽橋）鹽橋鹽橋 問題解決問題解決二.加入鹽橋后由兩個(gè)半電池組成的原電池工作原理：還原性強(qiáng)的材料作負(fù)極，失電子被氧化電解質(zhì)溶液中氧化性強(qiáng)

5、的離子在正極得電子被還原兩極之間通過鹽橋構(gòu)成閉合回路。電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極知識(shí)小結(jié)知識(shí)小結(jié)一. 鹽橋的作用：1.構(gòu)成閉合電路。（使兩個(gè)半電池連通）2.平衡電荷。（使溶液呈電中性）半電池1：半電池2：外電路中：內(nèi)電路中：知識(shí)應(yīng)用知識(shí)應(yīng)用1.某原電池總反應(yīng)離子方程式為某原電池總反應(yīng)離子方程式為2Fe3+Fe=3Fe2+,不不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是()A.正極為正極為Cu,負(fù)極為負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液溶液B.正極為正極為C,負(fù)極為負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液溶液C.正極為正極為Ag,負(fù)極為負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為電解質(zhì)

6、溶液為Fe2(SO4)3溶液溶液D.正極為正極為Ag,負(fù)極為負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液溶液 D2.請(qǐng)根據(jù)離子反應(yīng)：設(shè)計(jì)一個(gè)帶鹽橋的原電池Cu + 2Ag + = Cu2+ + 2Ag 銀半電池銀半電池銅半電池銅半電池電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)： Cu 2e- = Cu2+2Ag + +2e- =2AgCu + 2Ag + = Cu2+ + 2Ag 銅銀原電池（鹽橋）銅銀原電池（鹽橋）鹽橋鹽橋 問題解決問題解決【方法規(guī)律方法規(guī)律】設(shè)計(jì)原電池的思路設(shè)計(jì)原電池的思路 (1)(1)根據(jù)氧化還原反應(yīng)方程式寫出電極反應(yīng)式根據(jù)氧化還原反應(yīng)方程式寫出電極

7、反應(yīng)式; ; (2) (2)確定兩電極材料確定兩電極材料; ; (3) (3)確定電解質(zhì)溶液確定電解質(zhì)溶液; ; (4) (4)構(gòu)成閉合回路。構(gòu)成閉合回路。標(biāo)價(jià)態(tài)定正負(fù)一分二 第二節(jié) 化學(xué)電源1、化學(xué)電池（原電池）一次電池：干電池二次電池：充電電池（蓄電池）燃料電池：氫氧燃料電池2、如何判斷電池的優(yōu)劣？3、常見原電池的工作原理：一、原電池中電極反應(yīng)式的書寫一、原電池中電極反應(yīng)式的書寫確定原電池的正負(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。 兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)方程式對(duì)照驗(yàn)證電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)穩(wěn)定存在。總反應(yīng)標(biāo)升降一分二看環(huán)境先電荷后質(zhì)量?jī)墒郊域?yàn)總式保正確例:寫

8、出鎂、鋁與電解質(zhì)溶液組成的原電池，電極反應(yīng)式。負(fù)極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：Al3e4OHAlO22H2O6H2O+6e- =3H2 +6OH-NaOH為電解質(zhì)H2SO4溶液為電解質(zhì)負(fù)極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：Mg2eMg2+2H+2eH2解析：當(dāng)NaOHNaOH為電解質(zhì)溶液時(shí)，為電解質(zhì)溶液時(shí)，因?yàn)锳l能與NaOHNaOH反應(yīng)，所以反應(yīng)，所以Al為負(fù)極，Mg為正極1 1、找出該原電池反應(yīng)的方程式：、找出該原電池反應(yīng)的方程式： 2Al2Al2H2H2 2O O2NaOH2NaOH2NaAlO2NaAlO2 23H3H2 22 2、找出負(fù)極：、找出負(fù)極：AlAl3 3、分解負(fù)極行為：、分解負(fù)極行為： 首先，

9、首先，AlAl失去電子：失去電子：AlAl3e3eAlAl3 3 考慮考慮AlAl3 3能電解質(zhì)能電解質(zhì)NaOHNaOH溶液反應(yīng)：溶液反應(yīng)：AlAl3 34OH4OHAlOAlO2 22H2H2 2O O則負(fù)極反應(yīng)為與的加合：則負(fù)極反應(yīng)為與的加合：AlAl3e3e4OH4OHAlOAlO2 22H2H2 2O O4 4、正極反應(yīng)由總反應(yīng)減負(fù)極反應(yīng)可得正極（、正極反應(yīng)由總反應(yīng)減負(fù)極反應(yīng)可得正極（MgMg）：）： 6H6H2 2O+6eO+6e- - =3H =3H2 2 +6OH +6OH- -當(dāng)H2SO4溶液為電解質(zhì)時(shí)：因?yàn)镸g的活潑性大于Al，所以為Mg負(fù)極，Al為正極負(fù)極反應(yīng)式：Mg2eM

10、g2+正極反應(yīng)式：2H+2eH2二、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫如：H2O2燃料電池乙醇氧氣燃料電池電極：惰性電極（Pt、石墨、Au）。電解質(zhì)溶液：酸性電解質(zhì)溶液如：H2SO4溶液；堿性電解質(zhì)溶液如：NaOH溶液；熔融氧化物如：Y2O3; 熔融碳酸鹽如：K2CO3等。燃料包含：可然性氣體H2；烴如：CH4；醇如C2H5OH等具體書寫方法：第一步：寫出電池總反應(yīng)式燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。如氫氧燃料電池的總反應(yīng)為：2H2+O2=2H2O；甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為NaOH溶液）的反應(yīng)為：CH4+2O2=CO2+2H2O CO2+2NaOH=Na

11、2CO3+H2O 式+式得燃料電池總反應(yīng)為：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實(shí)，我們只要熟記以下四種情況：（1）酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2+4H+4e- =2H2O（2）堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2+2H2O+4e-=4OH- （3）固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O2-）環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2+4e- =2O2-（4）熔融碳酸鹽（如：熔融K2CO3）環(huán)境下電極反應(yīng)式： O2+2CO2+4e2CO32-。第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正

12、極反應(yīng) 式寫出電池的負(fù)極反應(yīng)式電池負(fù)極反應(yīng)式 =電池的總反應(yīng)式-電池正 極反應(yīng)式注意： 總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式轉(zhuǎn)移電子相等時(shí)才能直接相減，否則，要先配平，再相減。1下圖為氫氧燃料電池原理示意 圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是 Aa電極是負(fù)極 Bb電極的電極反應(yīng)為：4OH-4e-= 2H2O+O2C氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源D氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置( B )2科學(xué)家近年來研制出一種新型細(xì)菌燃料電池，利用細(xì)菌將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氫氣，氫氣進(jìn)入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池發(fā)電。電池負(fù)極反應(yīng)為： AH22OH2H2O2eBO24H4e2H2OCH

13、22e2HDO22H2O4e4OH( C )3一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-BO2(g)+4H(aq)+4e=2H2O(l)CCH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H(aq)+6eDO2(g)+2H2O(1)+4e=4OH( C )4、以甲烷和氧氣組成的燃料電池，以KOH為電解質(zhì)，負(fù)極反應(yīng)式：；正極反應(yīng)式：；總反應(yīng)式：；以H2SO4溶液為電解質(zhì)：負(fù)極反應(yīng)式：；正極反應(yīng)式：；總反應(yīng)式：；CH4+10OH+8e=CO32+7H2OO2 +2

14、H2O+4e=4OHCH4 + 2KOH + 2O2 = K2CO3 + 3H2OCH48e+H2O=CO2 +HO2 +H+4e=H2OCH4 + 2O2 = CO + H2O解析： 甲烷燃料電池以多孔鎳板為兩極,電解質(zhì)溶液為KOH，生成的CO2還要與KOH反應(yīng)生成K2CO3，所以： 總反應(yīng)為：CH4 + 2KOH + 2O2 = K2CO3 + 3H2O。 正極的電極反應(yīng)式為：O2 +2H2O+4e=4OH。負(fù)極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-正極反應(yīng)式（得失電子相等） 所以負(fù)極的電極反應(yīng)式：CH4+10OH+8e= CO32+7H2O以H2SO4溶液為電解質(zhì)：總反應(yīng)為：CH4 + 2O2 = CO +

15、 H2O正極的電極反應(yīng)式為：O2 +H+4e=H2O。負(fù)極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-正極反應(yīng)式（得失電子相等）負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：CH48e+H2O=CO2 +H正極正極:NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-5、已知愛迪生蓄電池在堿性條件下的電池反應(yīng)式為：Fe+NiOFe+NiO2 2+2H+2H2 2O = Fe(OH)O = Fe(OH)2 2+Ni(OH)+Ni(OH)2 2 試寫出放電時(shí)的正、負(fù)極,充電時(shí)的陰、陽極的電極反應(yīng)式。 放電放電負(fù)極負(fù)極:Fe-2e-+2OH-= Fe(OH)2 6、寫出甲烷燃料電池在固體電解質(zhì)（高溫下能傳導(dǎo)O2-）下的電極反應(yīng)式答案：正極反應(yīng)：O2+4e-=2O2- 負(fù)極反應(yīng)：CH4+4O2-8e-=CO2+2H2O 寫出甲烷燃料電池在熔融碳酸鹽（如：熔融K2CO3）環(huán)境下的電極反應(yīng)式正極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e2CO32- 負(fù)極反應(yīng)式：CH4+4CO32-8e= 5CO2+2H2O 小 結(jié)一、簡(jiǎn)單原電池電極反應(yīng)式的書寫1.列物質(zhì) 標(biāo)得失2.看環(huán)境