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1、选修4 第四章 电化学基础,第一节 原电池,研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学,电化学,电化学,自发,向外输送能量,由外界输入的能量推动,电化学应用广泛：电解、电镀、电冶金、电池制造,氧化反应,还原反应,(),(),e-,A,一、原电池的工作原理,电子从锌片流出,流入铜片,经外电路,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(Cu2+)在铜极上得到电子，发生还原反应,电子从锌片流出,流入铜片,经外电路,Cu2+,Zn2+,SO42-,阳离子:移向正极,阴离子移向负极,硫酸铜溶液,原电池原理总结1、电子转移方向： 。 电流方向： 。2、离子移动方向：阳离子移向： 。 阴离子移向：
2、 。3、导电情况：外电路： 。 内电路： 。4、原电池本质： 。,一、原电池的工作原理,负极正极,正极负极,正极,负极,电子通过导线导电,离子定向移动导电,自发进行氧化还原反应,闭合回路,思考：判断下列装置是否能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,CDE,一、原电池的工作原理,原电池的构成条件:1.能自发进行氧化还原反应2.两个活泼性不同的导体作电极3.有电解质溶液4.形成闭合回路,一、原电池的工作原理,1、锌铜原电池产生电流时，阳离子（ ）A、移向Zn 极，阴离子移向Cu 极B、移向Cu 极，阴离子移向Zn 极C、和阴离子都移向Zn极D、和阴离子都移向Cu 极,B,练习,2、下列关于原电池
3、的叙述正确的是（ ）A、构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B、原电池是将化学能转变为电能的装置C、原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极,B,练习,3、在理论上不能用于设计成原电池的化学反应是()A4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3BCH3CH2OH(l)3O2(g)2CO2(g)3H2O(l)CAl(OH)3(s)NaOH(aq)=NaAlO2(aq)2H2ODH2(g)Cl2(g)=2HCl(g),C,练习,4、把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池若a、b相连时，a为负极；
4、c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极则这四种金属的活动性顺序由大到小为()Aabcd Bacdb Ccabd Dbdca,B,练习,如何才能得到持续稳定的电流？,两种原电池有何相同点和不同点？,盐桥：装有KCl饱和溶液的琼脂，Cl-和K+可以在其中自由移动。连通内电路，平衡电荷，使溶液呈电中性。半电池：包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。,乙,甲,单液原电池,双液原电池,分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，锌片失去的电子一部分经导线传递到铜片表面，另一部分电子直接传递给硫酸铜溶液中的Cu2+,铜在锌片表面析出，锌片表面也构成了原电池，进
5、一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。这种原电池供电效率不高，且电流在短时间内就会衰减。,SO42,Zn2+,ee,SO42,Cu2+,K+,Cu,Zn,K+,Cl,K+,Cl,K+,Cl,K+,Cl,K+,Cl,Cl,K+,K+,Cl,K+,K+,K+,Cl,Cl,K+,Cl,Cl,Cl,二、盐桥的工作原理,盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路， 代替两溶液直接接触。,（2）平衡电荷。 使溶液呈电中性。,两种原电池有何相同点和不同点？,盐桥：装有KCl饱和溶液的琼脂，Cl-和K+可以在其中自由移动。连通内电路，平衡电荷
6、，使溶液呈电中性。半电池：包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。,盐桥：装有KCl饱和溶液的琼脂，Cl-和K+可以在其中自由移动。连通内电路，平衡电荷，使溶液呈电中性。半电池：包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。,二、盐桥的工作原理,盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与K
7、Cl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,（2）平衡电荷。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。,ZnSO4溶液 CuSO4溶液,负极（锌片）： Zn2e- =Zn2+ （氧化反应）,正极（铜片）： Cu2+ +2e-=Cu （还原反应）,电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,电池符号：
8、 Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极 盐桥 正极,锌半电池,铜半电池,由两个半电池组成原电池的工作原理,（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。,在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。,判断原电池正、负极的方法,由组成原电池的电极材料判断,一般是活泼的金属为负极活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极,根据电流方向或电解质溶液中离子的流向判断,电流是由正极流向负极；电子由负极流向正极离子阳离子向正极、阴
9、离子向负极，同性相吸,根据原电池两极发生的反应类型判断,负极 失电子 氧化反应正极 得电子 还原反应,根据实验现象判断,负极：不断溶解，质量减少；正极：有气体产生,或质量增加或不变,原电池的设计,活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt,（电池的电极必须导电）,电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。,已知氧化还原反应 Cu 2FeCl3
10、= 2FeCl2 CuCl2，利用这一反应设计一个原电池，画出示意图，标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。,正极：,负极：,总反应：,Cu2e - Cu2+,2Fe3+2e- 2Fe2+,2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+,三、设计原电池（盐桥）,选修4 第四章 电化学基础,第一节 原电池第二课时,复习：,3. 两个电极相连插入电解质溶液中并形成闭合电路;,把化学能直接转化为电能的装置。,1.有两块金属(或非金属)导体作电极; 2.电解质溶液,二.构成原电池的基本条件：,一.原电池：,4.有可自发进行的氧化还原反应。,三.加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理：,1. 用还原性较强的物
11、质(如：活泼金属)作负极，向外电路提供电子；用不活泼物质作正极，从外电路得到电子。,2. 原电池在放电时，负极上的电子经过导线流向正极，而氧化剂从正极上得到电子，两极之间再通过盐桥及原电池内部溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定电流的闭合回路。,特别提醒：判断电极时，不能简单地根据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：,Fe、Cu和浓硝酸构成原电池时，Cu等金属作负极，Fe作正极。,Al在强碱性溶液中比Mg更容易失去电子，所以Al、Mg和强碱溶液构成原电池时，Al作负极，Mg作正极；,请判断下列原电池的正负极情况,-,+,-,+,1、铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是( )A
12、、正极反应为：Zn2e=Zn2+ B、电池总反应为：Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu C、在外电路中，电子从负极流向正极 D、盐桥中的K+移向ZnSO4溶液,BC,练习,2、某原电池构造如右图所示（盐桥：装有琼脂KNO3的U型管）。下列有关叙述正确的是（ ）A在外电路中，电子由银电极流向铜电极B取出盐桥后，电流计的指针仍发生偏转C外电路中每通过0.1mol电子，铜的质量理论上减小6.4gD原电池的总反应式为Cu+2AgNO32Ag+Cu(NO3)2,D,练习,3、用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确
13、的是 ( )在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：Ag+ + e =Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同ABC D,C,练习,3、依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。,请回答下列问题：（1）电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 ；（2）银电极为电池的 极，发生的电极反应为 ；X电极上发生的电极反应为 ；（3）外电路中的电子是从 电极流向 电极。,Cu,AgNO3,正,2Ag+2e- =2Ag,2Cu- 2e- = Cu2+,Cu,Ag,练习,1.利用原电池原理设计新型化学电池
14、；,2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；,3.进行金属活动性强弱比较；,4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。,原电池的主要应用：,5.解释某些化学现象,(1)比较金属活动性强弱。,例1：,下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是,C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；,A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有H2气放出；,B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多；,D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；,（C）,一、原电池原理应用：,当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属作负极而被腐蚀，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。,练习
15、：把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若 a、b相连时，a为负极； c、d相连时，电流由d到c； a、c相连时，c极产生大量气泡， b、d相连时，溶液中的阳离子向b极移动。则四种金属的活泼性顺序为： 。,ac d b,a b,c d,a c,d b,(2)比较反应速率,例2 ：,下列制氢气的反应速率最快的是,粗锌和 1mol/L 盐酸；,B.,A.,纯锌和1mol/L 硫酸；,纯锌和18 mol/L 硫酸；,C.,粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D.,（ D ）,当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制H2时, 纯Zn反应不如粗Zn跟酸作
16、用的速率快。,一、原电池原理应用：,(3)比较金属腐蚀的快慢,在某些特殊的场所, 金属的电化腐蚀是不可避免的, 如轮船在海中航行时, 为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如Zn。这样构成的原电池Zn为负极而Fe为正极，从而防止铁的腐蚀。,一、原电池原理应用：,下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是,(4),(2),(1),(3),(4)判断溶液pH值变化,例4：,在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的pH值变
17、_？（溶液体积变化忽略不计）,0.2,解得：,y 0.015 (mol),x 0.015 (mol),3.75 10 4(mol/L ),pH -lg3.75 104,4 -lg3.75,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y 0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,大,0.015,一、原电池原理应用：,(4)原电池原理的综合应用,例：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热
18、量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。“热敷袋”是利用 放出热量。2)炭粉的主要作用是 。3)加入氯化钠的主要作用是 。4)木屑的作用是 。,铁被氧化,与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化,氯化钠溶于水、形成电解质溶液,使用“热敷袋”时受热均匀,一、原电池原理应用：,以以下反应为基础设计原电池,（H+）,MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+4H2O,Pt或石墨,Pt或石墨,负极：,正极：,5Fe2+ 5e- = 5Fe3+,5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+4H2O,（5）利用原电池原理设计新型化学电池,列物质，标得失-按照负极发生氧化反应，
19、正极发生还原反应，判断出参加反应的物质及其产物，找出得失电子的数量。,2.看环境，配守恒-电极产物要在电解质溶液中能稳定存在。如碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水；CO2会结合OH-生成CO32-；Al3+会结合OH-生成Al(OH)3或AlO2-。电极反应要依据电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒加以配平。,3.两式加，验总式-两电极反应相加，与总反应的离子方程式对照验证。,二、电极反应方程式的书写方法,判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,Cu C,FeCl3溶液,负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
20、,Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2,两式相加得总反应：Cu + 2Fe3 = Cu2 + 2Fe2,电极方程式的书写,1.简单原电池电极方程式的书写,判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,稀硫酸溶液,负极: 正极：,2H+2e- = H2,Mg -2e- = Mg2+,电池总反应：Mg+2H+=Mg2+H2,若将硫酸换成氢氧化钠，情况如何？,请写出右边原电池的电极方程式。,总反应方程式：,负极：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O,负极总反应： 2Al +8OH- 6e 2AlO2- + 4H2O,正极：总反
21、应负极反应,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成离子方程式：,2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2,根据化合价升降判断正负极,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,+,银锌电池（电解质为KOH）的电池总反应为： Zn Ag2O ZnO 2Ag写出其正、负极反应。,Zn 2e ZnO,2 OH H2O,Ag2O 2e 2Ag,H2O 2OH,负极：,正极：,根据化合价升降判断正负极,1负极反应式的书写(1)较活泼金属作负极时，电极本身被氧化：若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。
22、,氢氧(酸性)燃料电池，负极反应式为：H22e=2H；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应式为：H22e2OH=2H2O。,1负极反应式的书写(2)负极本身不反应时，常见书写方法为：,首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的粒子。其次确定该粒子得电子后变成哪种形式。如：氢氧(酸性)燃料电池，正极反应式为：O24e4H=2H2O；氢氧(碱性)燃料电池，正极反应式为：O24e2H2O=4OH。,2正极反应式的书写,3电池总反应式的书写 两电极反应式，得失电子数相等时，将两电极反应式相加即得原电池反应式。 4注意问题 在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，一律写离子符号；而在原电池反应中，要遵循离
23、子方程式的书写规则，只有易溶易电离的电解质用离子符号表示。,书写电极反应式应注意以下几点：,1电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；2将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；3负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与电解质溶液有关(如4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在)；4溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-。,离子交换膜简介,离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。,“只有蓝天、没有雾霾”,
