第一節(jié) 原電池1

第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)原電池（第1課時）一、原電池的基礎(chǔ)知識1.定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。

理解：①外形－－無外加電源②自發(fā)的氧化還原反應(yīng)才可能被設(shè)計成原電池

復(fù)習(xí)回顧C(jī)uZn

稀硫酸---Zn2+H+H+Zn－2e-=Zn2+負(fù)極正極2H+

+

2e-=H2↑總反應(yīng)式:Zn+2H+=Zn2++H2↑負(fù)正氧化反應(yīng)還原反應(yīng)現(xiàn)象：鋅棒溶解，銅棒上有氣泡。A原電池工作原理CuZn---Zn2+H+H+負(fù)極正極陽離子陰離子正極負(fù)極SO42-原電池工作原理Ae-（1）有兩種活潑性不同的金屬（或一種是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物）作電極。

（2）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。

1.內(nèi)部條件：能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)2.外部條件：組成原電池的條件

兩極一液成回路，氧化還原是中心。判斷下列裝置哪些屬于原電池？H2SO4ZnZn石墨石墨H2SO4H2SO4Zn石墨（3）ZnCuH2SO4（4）CuSO4ZnCu（5）C2H5OHZnCuZnCuZnSO4CuSO4

練習(xí)（6）（7）（1）（2）理論上應(yīng)看到只在銅片上有大量氣泡，實際上鋅片上也有大量氣泡產(chǎn)生，這是什么原因?qū)е碌哪?？最終又會造成什么后果？怎樣避免和克服呢？A稀H2SO4鋅片銅片想一想提出問題：

上圖是將鋅片和銅片置于稀硫酸的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍長電流就很快減弱，因此不適合實際應(yīng)用。這是什么原因造成的呢？有沒有什么改進(jìn)措施？學(xué)生討論造成的主要原因：鋅片不純，以及銅極上聚集了許多氫氣泡，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。（一）對鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象…【交流·研討一】讓鋅片與稀硫酸不直接接觸ZnSO4溶液H2SO4溶液ZnCuA改進(jìn)如何改進(jìn)原電池裝置？稀硫酸CuZnA【觀察與思考】【結(jié)論1】改進(jìn)后的原電池裝置提高了能量轉(zhuǎn)換率。ZnSO4溶液H2SO4溶液ZnCuA稀硫酸

CuZnAZnSO4溶液H2SO4溶液ZnCuA【交流·研討二】改進(jìn)后的原電池裝置還有什么優(yōu)點？【結(jié)論2】改進(jìn)后的原電池裝置化學(xué)能不會自動釋放。【啟示】氧化劑和還原劑不直接接觸也能發(fā)生反應(yīng)。改進(jìn)實驗探究請根據(jù)反應(yīng)：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu設(shè)計一個原電池裝置，標(biāo)出電極材料和電解質(zhì)溶液，寫出電極反應(yīng)方程式。

CuSO4

溶液

即無法產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流且兩個電極上都有紅色物質(zhì)析出。

電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但隨著時間的延續(xù)，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度越來越小，最終可能沒有電流通過。負(fù)正負(fù)極Zn－2e-=Zn2+正極Cu2++2e-=Cu

按下圖所示,將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液分別通過導(dǎo)線與電流計連接，有什么現(xiàn)象?電流計指針不偏轉(zhuǎn)，且銅片和鋅片上均無明顯現(xiàn)象（即:無電子定向移動）

探究實驗：改進(jìn)方案ZnSO4ZnCuCuSO4A上述裝置構(gòu)成了原電池嗎？為什么？

（溶液不保持電中性）思考鹽橋AZnCuZnSO4溶液CuSO4溶液

設(shè)計如下圖（書P71圖4-1）所示的原電池裝置，結(jié)果如何呢？你能解釋它的工作原理嗎？鹽橋：

在U型管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊脂作成的凍膠。

鹽橋的作用：（1）使整個裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。得出結(jié)論（2）平衡電荷。

在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是

靠離子遷移完成的。取出鹽橋，Zn失去電子形成的Zn2+進(jìn)入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時，CuSO4則由于Cu2+變?yōu)镃u，使得SO42-相對較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。

由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴(kuò)散和遷移，陽離子K+則向CuSO4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，因而放電作用不間斷地進(jìn)行，一直到鋅片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。（二）由兩個半電池組成原電池的工作原理（1）把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行，再以適當(dāng)方式連接，可以獲得電流。①在這類電池中，用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極，負(fù)極向外電路提供電子；用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作為正極，正極從外電路得到電子。②在原電池的內(nèi)部，兩極浸在電解質(zhì)溶液中，并通過陰陽離子的定向運動而形成內(nèi)電路。③用導(dǎo)線和鹽橋分別將兩個半電池連接在一起。（2）探究原電池組成的條件設(shè)計鹽橋原電池的思路：還原劑和氧化產(chǎn)物為負(fù)極的半電池氧化劑和還原產(chǎn)物為正極的半電池Zn+2Ag+=Zn2++2Ag根據(jù)電極反應(yīng)確定合適的電極材料和電解質(zhì)溶液外電路用導(dǎo)線連通，可以接用電器內(nèi)電路是將電極浸入電解質(zhì)溶液中，并通過鹽橋溝通內(nèi)電路

能產(chǎn)生穩(wěn)定、持續(xù)電流的原電池應(yīng)具備什么條件？

1.要有導(dǎo)電性不同的兩個電極2.兩個半反應(yīng)在不同的區(qū)域進(jìn)行3.用導(dǎo)線和鹽橋分別將兩個半電池連接在一起小結(jié)二、原電池正負(fù)極判斷1.由組成原電池的電極材料判斷一般負(fù)極－

的金屬正極－

的金屬或

導(dǎo)體，以及某些金屬氧化物可以理解成：

與電解質(zhì)溶液反應(yīng)

練習(xí)：Mg-Al-H2SO4中，

是正極，

是負(fù)極。

MgAl活潑性強(qiáng)活潑性弱非金屬負(fù)極2.根據(jù)電子（電流）流動的方向判斷電子－－由

流出，流入

；電流－－由

流出，流入

。負(fù)極正極正極負(fù)極3.根據(jù)電極反應(yīng)類型判斷負(fù)極－－

電子，發(fā)生

反應(yīng)正極－－

電子，發(fā)生

反應(yīng)

失得氧化還原4.根據(jù)電解質(zhì)溶液離子移動的方向判斷陰離子－向

極移動（負(fù)極帶正電荷）陽離子－向

極移動（正極帶負(fù)電荷）

負(fù)正5.根據(jù)電極現(xiàn)象來判斷負(fù)極－－

；正極－－

；犧牲、溶解增重、氣泡6.燃料電池中燃料在

反應(yīng)氧化劑在

反應(yīng)

負(fù)極正極1.利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池；2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣；3.進(jìn)行金屬活動性強(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而受到保護(hù)，如在鐵器表面鍍鋅；三、原電池的主要應(yīng)用：5.解釋某些化學(xué)現(xiàn)象。(1)比較金屬活動性強(qiáng)弱。例1：

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，甲上有H2氣放出；B.在氧化–還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；（

C

）原電池原理應(yīng)用：

當(dāng)兩種金屬構(gòu)成原電池時，總是活潑的金屬作負(fù)極而被腐蝕，所以先被腐蝕的金屬活潑性較強(qiáng)。(2)比較反應(yīng)速率例2：下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是C.粗鋅和1mol/L鹽酸；A.純鋅和1mol/L硫酸；B.純鋅和18mol/L硫酸；D.粗鋅和1mol/L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。（

D

）

當(dāng)形成原電池之后，反應(yīng)速率加快，如實驗室制H2時,純Zn反應(yīng)不如粗Zn跟酸作用的速率快。(3)比較金屬腐蝕的快慢

在某些特殊的場所,金屬的電化腐蝕是不可避免的,如輪船在海中航行時,為了保護(hù)輪船不被腐蝕，可以在輪船上焊上一些活潑性比鐵更強(qiáng)的金屬如Zn。這樣構(gòu)成的原電池Zn為負(fù)極而Fe為正極，從而防止鐵的腐蝕。例3：下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是____________________。（4）（2）（1）（3）(4)判斷溶液pH值變化例4：在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4溶液的濃度為0.125mol/L，若工作一段時間后，從裝置中共收集到0.168L升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為_____mol，溶液的pH值變____。（溶液體積變化忽略不計）0.2解得：y＝0.015(mol)x＝0.015(mol)＝＝3.75×10﹣4(mol/L)∴pH＝-lg3.75×10－4＝4-lg3.75答：……－0.015解：根據(jù)電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn－2e-＝Zn2+正極：2H++2e-＝H2↑得：2222.4x

y0.1680.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——

2e——H2↑大

0.015(5)原電池原理的綜合應(yīng)用例6：市場上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等。“熱敷袋”啟用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時，打開塑料袋輕輕揉搓就會放出熱量。使用完后，會發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在?！盁岱蟠笔抢?/p>

放出熱量。2)炭粉的主要作是_____________________________________________。

3)加入氯化鈉的主要作用是__________________________。4)木屑的作用是

。鐵被氧化與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成原電池，氯化鈉溶于水形成電解質(zhì)溶液使