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1、电化学基础,原电池,电池的分类原电池蓄电池燃料电池,阅读材料 1780年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验：实验1:用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。实验2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐.他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的“生物电”是导致抽搐的原因。1791年，伽伐尼发表了论肌肉中的生物电论文，引起广泛关注。,善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿和铜器或铁器接触时才发生抽搐？他做了如下实验：实验1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接触，蛙腿抽搐。
2、实验2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动。伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，认为要有两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿才会抽搐。,由此，伏打加以研究，于1799年发明了世界上第一个电池伏打电池即原电池。,【实验1】将锌片、铜片插入稀硫酸，有何现象？【实验2】锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中,锌片上有气泡产生,一、原电池 1.概念,铜片上有气泡产生,【实验3】将锌片、铜片靠在一起插入稀硫酸，有何现象？,原电池：把化学能转化为电能的装置,2、原电池工作原理,2、构成原电池的条件,（1）必须自发进行氧化还原反应；,（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电 解质中；,（4）两个电极必
3、须相连并形成闭合回路。,（2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；,形成原电池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成条件一：活泼性不同的两个电极,负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进电解质溶液中；,形成原电池的条件,形成原电池的条件,形成条件三：必须形成闭合回路,（不可以）,可以,盐桥的作用：盐桥中装有饱和的KCl（或NH4NO3、KNO3）溶液和琼脂制成的胶冻。Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极，是电池产生持续稳定的电流。,3、溶液内部无电子流
4、动，通过阴阳离子定向移动实现内电路的电流,注意,4、正负两极上进出电子总数相等，根据电子守恒原理可进行许多有关电极反应的计算。,4、原电池电极的判断,1、根据定义来判断：电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。2、根据反应类型来判断：发生氧化反应的一极是负极；发生还原反应的一极是正极。3、根据电极活泼性来判断：一般来说，较活泼的一极是负极；较不活泼的一极是正极。4、根据离子流向来判断：阴离子移向的一极是负极；阳离子移向的一极是正极。,4.原电池正负极的选择及判断,(1)由组成原电池两极的电极材料判断.如果两极是由活泼性不同的金属作电极时，相对活泼的金属是，活泼性较弱的金属是；如果是由金属和
5、非金属作电极，金属是，非金属是。（2）电子流出或电流流入的电极为，相反为。（3）根据原电池里电解质溶液内离子流动方向判断.阳离子移向的极为 阴离子移向的极为（4）根据原电池的两极发生的现象判断。溶解或质量减轻的电极为负极，有气体或金属析出的电极为正极。,负极,正极,负极,正极,负极,正极,正极,负极,下列哪几个装置能形成原电池？,D,E,F,A B E H,G,H,练习:下列装置是不是原电池?若是,指出正负极.,溶液,归纳 原电池的设计方法:怎样选择确定原电池的负极、正极材料？怎样选择确定原电池的电解质溶液？画原电池的装置图时要注意什么问题？怎样书写原电池的电极反应及总反应式？,5、原电池的应
6、用,【实验探究】取两支试管，分别加入锌粒和稀硫酸，观察 反应的速率。在其中的一支试管中加入CuSO4溶液，观察 反应速率的变化。,(1)形成原电池可以加快反应速率,结论：加入CuSO4溶液后，锌置换出铜，构成无数微小的原电池，加快了反应速率,例1.等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的胆矾晶体，下列图表示产生H2的体积V（升）与时间t（分）的关系，其中正确的是（）。,C,例2.下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（）A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2放出B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极D.
7、同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强,C,例3.把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中，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；c、d相连时，d上有气泡逸出；a、c相连时，a极减轻；b、d相连时，b为正极。则这四种金属活泼性顺序由强到弱的顺序为（）Aabcd Bacbd Cacdb Dbdac,C,（2）比较金属活动性强弱,例3：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,(5),(2),(1),(3),(4),（3）比较金属腐蚀的快慢,例5：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
8、，则流过导线的电子为 _mol？并判断溶液pH值变化（溶液体积变化忽略不计）,0.015,金属的腐蚀及其防护,1、概念：,金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应（氧化还原反应）而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。,2、本质：,3、分类：,（1）化学腐蚀与电化腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,正极C,水膜呈酸性,水膜呈中性、酸性很弱或碱性,电极反应,负极Fe,Fe2eFe2+,2Fe4e 2Fe2+,联系,2H+2e H2,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,O2+2H2O+4e 4OH,示意图,总反应,Fe+2H+Fe2+H2,2Fe+2H2O+O2 2 Fe(OH)2,（2）析氢腐蚀
9、与吸氧腐蚀,（3）钢铁腐蚀的防护,1、改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢。,2、金属表面覆盖保护层：如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。,原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。,3、电化学保护法牺牲负极的正极保护法,原理：形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。,练 习,如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,（1）,若液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极：,正极：；,若液面下降，则溶液呈 性，发生 腐蚀，电极反应式为：负极：正极：。,（2）,中性或碱性,吸
10、氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,2.下列事实不能用电化学理论解释的是()A轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的锌块B镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用C铝片不需要用特殊方法保存D锌跟稀硫酸反应时，滴加少量硫酸铜溶液后，反应速率加快,C,3.为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如下图所示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间，下列对实验结束时现象的描述不正确的是（）。,A装置a的左侧液面一定会下降 B左侧液面装置a比装置b的低C装置b中的铁钉腐蚀最严重 D装置C中的铁钉几乎没
11、被腐蚀,B,4.右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛 有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是(),A生铁块中的碳是原电池的正极,B红墨水柱两边的液面变为左低右高,C两试管中相同的电极反应式是：,Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀,B,1、锌-锰干电池（碱性,KOH）,常用电池的电极反应和电池总反应式书写,负极（锌筒）：Zn+2OH-2e Zn(OH)2正极（石墨）：2MnO2+2H2O+2e 2MnOOH+2OH-总反应：Zn+2MnO2+2H2O Zn(OH)2+2MnOOH,一次电池,缺点：电量小，放电时易发生气涨或漏液。,2.锌银
12、电池 一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似钮扣（俗称钮扣电池）。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。电极反应式如下：负极：正极：,一次电池,电池的总反应式为：Ag2O+Zn 2Ag+ZnO电池的电压一般为1.59V，使用寿命较长。,Zn+2OH-2e-ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,3、铅蓄电池,负极Pb：Pb+SO42-2e-PbSO4,正极PbO2：PbO2+4H+SO42-+2e-PbSO4+2H2O,二次电池,优点：放电时电动势较稳定缺点：比能量（单位重量所
13、蓄电能）小，对环境腐蚀性强。,碱性蓄电池 这类电池一般寿命比铅酸蓄电池长很多，且拾携带很方便。Ni-Cd电池：Cd+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 Ni-Fe电池：Fe+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Fe(OH)2,（碱性可充电电池及简易充电座）,锂电池,优点：高能、质量轻、电压高、工作效率高、寿命长。,微型锂电池 常用于心脏起搏器、手机的一种微型电池，一般用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液为溶有四氯化铝锂（LiAlCl4）的亚硫酸氯（SOCl2）。电池的总反应式如下：8Li+3SOCl2 6LiCl+Li2SO3+2S 这种电池的容量大，电压
14、稳定，能在-56.70C+71.10C的大范围温差内正常工作。另：Li+MnO2MnOOLi负极：Lie Li+正极：,各种蓄电池可充电电池,MnO2+Li+eMnOOLi,4、燃料电池-氢氧燃料电池,碱性（电解质溶液：KOH）正极：O2+2H2O+4e 4OH-总反应：2H2+O22H2O,使用氢氧燃料电池动力的法国产标致TAXI,负极：2H2+4OH-4e 4H2O,熔融盐燃料电池 这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、CO、-熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐
15、处于熔化状态）才能工作。下面以CO-Li2CO3+Na2CO3-空气与CO2型电池为例加以说明：负极：2CO+2CO32-4e 4CO2正极：O2+2CO2+4e 2CO32-总反应：该电池的工作温度一般为650C,2CO+O2 2CO2,练习1、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出图中甲烷燃料电池中a极的电极反应式：，此时电池内总的反应式。,CH4+10OH-8e-CO32-+7H2O,CH4+2O2+2OH-CO32-+3H2O,正极：2O2+4H2O+8e8OH-,练习2、熔融盐燃料电池具有高的发电效率
16、,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃气空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:负极反应式:,正极反应式:O2+2CO2+4e2CO32-总电池反应 式:.,2CO+2CO32-4e-4CO2,2CO+O22CO2,解析：本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O22CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O2+2CO2+4e-2CO32-。,练习3：有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池
17、的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（）每消耗1molCH4可以向外电路提供8mol e负极上CH4失去电子，电极反应式：CH4+10OH-8eCO32-+7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为：O2+2H2O+4e4OH-电池放电后，溶液PH不断升高 A.B.C.D.,A,5、海水电池（电解质溶液为海水）,负极：4Al-12e4Al3+正极：3O2+6H2O+12e12OH总反应：4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。,以海水电池为能源的航海标志灯,电极反应式的判断和书写,1.原
18、电池两极的判断：先分析电池反应中有关物质元素化合价的变化，确定原电池的正极和负极，然后根据两极的变化分析其他指定物质的变化。2.书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极反应联系在一起考虑，它们具有加和性：化学反应方程式=正极反应方程式+负极反应方程式。3.在原电池反应中，必须遵循得失电子守恒。4.介质参与电极反应的原则：原电池的两极反应若均在一定介质中进行，介质常常参与电极反应。在酸性介质中，H+可能反应，在碱性介质中，OH可能反应。,一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是（）A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)
19、+2H+(aq)+2e BO2(g)+4H+(aq)+4e=2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e DO2(g)+2H2O(1)+4e=4OH,C,例题1,稀H2SO4,总反应为：Mg+H2SO4MgSO4+H2Mg为负极，电极反应：Mg2eMg2Al为正极，电极反应：2H+2eH2,NaOH溶液,思考：若把电解质溶液换为NaOH溶液，写出电极反应式。,总反应为：2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2,Al为负极,氧化反应，为负极,还原反应，为正极,Mg为正极，电极反应：6H2O6e3H2+6OH,2Al6e8OH2AlO24H2O,2A
20、l+2OH+2H2O2AlO2+3H2,负极电极反应：,Mg为负极,请写出下列电极反应式：,例题2,2、,分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）铁棒上的电极反应式为：（2）碳棒上的电极反应式为：（3）溶液中发生反应的化学方程式：,3、,镍镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,放电,充电,A.Cd,（D）,B.NiO(OH),D.Ni(OH)2,C.Cd(OH)2,2Fe+2H2O+O2 2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3,O2+2H2O+4e-4OH-,2Fe4e-2Fe2+,4.盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋酸铜(CH3COO)2Cu，将产生两种影响生成速率的因素，其一是：，其二是：；,5.有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，试设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。,H+与CH3COO结合生成CH3COOH，使H+浓度减小，从而减慢了反应速率。,Zn置换出Cu形成了原电池，从而加快了反应速率,
