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原電池原電池的工作原理01化學(xué)電源02一、原電池的工作原理(一)原電池的基本概念1.定義:原電池是指把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.原電池的構(gòu)成條件:本質(zhì):自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)①兩種活潑性不同的電極(或C棒)②兩電極均浸入電解質(zhì)溶液③形成閉合電路CuZn
稀硫酸---Zn2+H+H+燈泡正極得電子2H++2e-=H2↑還原反應(yīng)失電子Zn-2e-=Zn2+
氧化反應(yīng)負(fù)極(二)原電池的工作原理分析1.能量轉(zhuǎn)化:化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能2.電極反應(yīng):以銅-鋅-稀硫酸原電池為例CuZn---Zn2+H+H+負(fù)極正極陽(yáng)離子陰離子正極負(fù)極SO42-Ae-①電子:沿導(dǎo)線(外電路)移動(dòng),負(fù)極→正極②電流:在導(dǎo)線中,正極→負(fù)極③離子:在電解質(zhì)溶液(內(nèi)電路)中移動(dòng),陽(yáng)離子→正極;陰離子→負(fù)極
離子不上岸,電子不入水3.電流、電子、離子流向:4、原電池的正負(fù)極的判斷方法微觀判斷(根據(jù)電子流動(dòng)方向)電子流出的極電子流入的極——負(fù)極——正極較活潑的電極材料較不活潑的電極材料
質(zhì)量增加的電極工作后質(zhì)量減少的電極——負(fù)極——正極——正極——負(fù)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)生還原反應(yīng)的極宏觀判斷:①根據(jù)電極材料②根據(jù)原電池電極發(fā)生的反應(yīng)③根據(jù)電極質(zhì)量的變化④根據(jù)電極有氣泡冒出:——負(fù)極——正極電極判斷:比較得失電子能力,失電子能力強(qiáng)的為負(fù)極,得電子為正極失電子順序:K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe…Cu>Hg>Ag
>Pt
>Au
得電子順序:強(qiáng)氧化性物質(zhì)(濃HNO3、濃H2SO4)>Ag+
>Fe3+
>Cu2+>H+(酸)
>
Pb2+>Sn2+>Fe2+>
Zn2+
>H+(水)
>
Al3+
>Mg2+練習(xí):判斷下列原電池的正負(fù)極?1、Fe-Cu濃H2SO43、Mg-AlNaOH2、Fe-CuH2SO4鋅銅原電池裝置示意圖5.鹽橋
作用:①連接內(nèi)電路,形成閉合回路;②平衡電荷,使溶液呈電中性。鹽橋制法:將熱的瓊膠溶液倒入U(xiǎn)形管中(注意不要產(chǎn)生裂隙),將冷卻后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的飽和溶液中即可。氧化反應(yīng)Zn-2e-=Zn2+
銅鋅原電池電解質(zhì)溶液鹽橋失e-,沿導(dǎo)線傳遞,有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)Cu2++2e-=Cu陰離子陽(yáng)離子負(fù)極正極陽(yáng)離子銅鋅雙液原電池原理外電路內(nèi)電路Zn+Cu2+=Zn2++Cu2e-電極反應(yīng)總式:化學(xué)能電能氧化還原反應(yīng)原電池反應(yīng)本質(zhì):6、原電池的表示方法:
(-)Zn|Zn2+(C1)‖
Cu2+(C2)|Cu(+)
“|”表示液-固相有一界面;“‖”表示鹽橋。在有氣體參加的電池中還要表明氣體的壓力,溶液要表明濃度。(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。例1、下列敘述中,可以說(shuō)明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是()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;C.將甲乙作電極組成原電池時(shí)甲是負(fù)極;D.同價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子,甲比乙的氧化性強(qiáng);C7、原電池原理應(yīng)用(2)比較反應(yīng)速率快慢例2:下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是()A.純鋅和1mol/L硫酸;B.純鋅和18mol/L硫酸;C.粗鋅和1mol/L硫酸;D.粗鋅和1mol/L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。D例3:下列裝置中四塊相同的Zn片,放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(2)(1)(3)(3)比較金屬腐蝕的快慢(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(shí)間后,從裝置中共收集到0.168L氣體,則流過(guò)導(dǎo)線的電子為__________mol,反應(yīng)后溶液的氫離子的濃度為_________?(溶液體積變化忽略不計(jì))0.2解得:y
=0.015(mol)x=0.015(mol)==1.75×10﹣1(mol/L)-0.015根據(jù)電極反應(yīng):正極:負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+2H++2e-
=H2↑得:2222.4x
y0.168解:0.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——
2e-
——H2↑0.175mol/L0.015(5)原電池原理的綜合應(yīng)用例5:市場(chǎng)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?!盁岱蟠眴⒂弥坝盟芰洗蛊渑c空氣隔絕,啟用時(shí),打開塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量。使用完后,會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在。“熱敷袋”是利用
放出熱量。2)炭粉的主要作用是
。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,加速鐵屑的氧化氯化鈉溶于水,形成電解質(zhì)溶液.摩擦生熱,產(chǎn)生啟動(dòng)反應(yīng)的熱量,使用“熱敷袋”受熱均勻.化學(xué)電池的組成組成負(fù)極正極電解質(zhì)
電極材料電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)電子流向反應(yīng)類型能導(dǎo)電的物質(zhì)還原性較強(qiáng)的物質(zhì)(多是金屬電極本身)氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)酸溶液堿溶液鹽溶液或熔融液流出電子流入電子氧化反應(yīng)還原反應(yīng)總結(jié)1.分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置,其中結(jié)論正確的是(
)A.①②中Mg作負(fù)極,③④中Fe作負(fù)極B.②中Mg作正極,電極反應(yīng)式為6H2O+6e-=6OH-+3H2↑C.③中Fe作負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+D.④中Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑B練習(xí)2.有A,B,C,D,E五塊金屬片,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):①A,B用導(dǎo)線相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,A極為負(fù)極;②C、D用導(dǎo)線相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,電流由D→導(dǎo)線→C;③A、C相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,C極產(chǎn)生大量氣泡;④B、D相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,D極發(fā)生氧化反應(yīng);⑤B、E相連后,同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中,B極質(zhì)量減小。據(jù)此,判斷五種金屬的活動(dòng)性順序是()A.A>B>C>D>E
B.A>C>D>B>EC.C>A>B>D>E
D.B>D>C>A>E
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