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1、原电池化学电源 第六章第六章 化学反应与能量化学反应与能量原电池原理及其应用原电池原理及其应用1、概念：原电池是、概念：原电池是_的装置。的装置。 原电池反应的本质是原电池反应的本质是_反应。反应。将化学能转化为电能将化学能转化为电能氧化还原氧化还原一、原电池一、原电池 原电池原电池是是以以氧化还原反应氧化还原反应为基础，使为基础，使氧化反应氧化反应和和还原反应还原反应分别在分别在两个电极两个电极上进行，从而上进行，从而产生电产生电流流、实现实现化学能化学能向向电能电能转化的装置。转化的装置。氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液盐桥盐桥失失e-，沿导线
2、传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应Cu2+2e- =Cu阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 Cu2+2e- =CuZn-2e- =Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+Cu(离子方程式）离子方程式）正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子铜锌硫酸铜原电池为例铜锌硫酸铜原电池为例)外电路外电路内电路内电路电极反应电极反应 例例1 1、在盛有稀在盛有稀H H2 2SOSO4 4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是列叙述正确的是 （ ） A. A. 正极附近的正极附
3、近的SOSO4 422离子浓度逐渐增大离子浓度逐渐增大 B. B. 电子通过导线由铜片流向锌片电子通过导线由铜片流向锌片 C. C. 铜片上有铜片上有H H2 2逸出逸出 D. D. 电流从锌片经导线流向铜片电流从锌片经导线流向铜片C例题例题2、有关电化学知识的描述正确的是有关电化学知识的描述正确的是 ()A.CaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能计成原电池，把其中的化学能转化为电能B.某原电池反应为某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的桥
4、中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液饱和溶液C.原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D.理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池D3、原电池的形成条件：、原电池的形成条件： 两极一液一连线两极一液一连线（1）活动性不同的两个电极。）活动性不同的两个电极。 活动性不同的金属活动性不同的金属 金属和非金属导体金属和非金属导体 金属和金属氧化物金属和金属氧化物(铅蓄电池，银锌电池）铅蓄电池，银锌电池）特例：燃料电池中两个不活泼的导体石墨或特例：燃料电池中两个不活泼的导体石墨或Pt等等
5、 （2）电极材料均插入电解质溶液中电极材料均插入电解质溶液中)。 （3）(电极用导线连接或直接接触电极用导线连接或直接接触)。 （4）内部条件：）内部条件：能自发进行氧化还原反应。能自发进行氧化还原反应。例例3、下列哪几个装置能形成原电池、下列哪几个装置能形成原电池？ABCDEFMNCuFeNaCl溶溶液液CuFeH2SO4CuZnH2SO4CuFeNaCl溶液溶液CuZn酒酒精精CuZnH2SO4H2SO4nZnZ4OS2H例题例题4、分析下图所示的四个原电池装置，结论正确的是分析下图所示的四个原电池装置，结论正确的是 ()A.中中Mg作负极，作负极，中中Fe作负极作负极B.中中Mg作正极，
6、电极反应式为作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C.中中Fe作负极，电极反应式为作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D.中中Cu作正极，电极反应式为作正极，电极反应式为2H2e=H2B解析解析中中MgMg不与不与NaOHNaOH溶液反应，而溶液反应，而AlAl能和能和NaOHNaOH溶液反应失去电溶液反应失去电子，故子，故AlAl是负极；是负极；中中FeFe在浓硝酸中钝化，在浓硝酸中钝化，CuCu和浓和浓HNOHNO3 3反应失去反应失去电子作负极，电子作负极，A A、C C错；错；中电池总反应为中电池总反应为2Al2Al2NaOH2NaOH2H2H2 2O=2NaAlOO=2NaA
7、lO2 23H3H2 2，负极反应式为，负极反应式为2Al2Al8OH8OH6e6e=2AlO=2AlO2 24H4H2 2O O，二者相减得到正极反应式为，二者相减得到正极反应式为6H6H2 2O O6e6e=6OH=6OH3H3H2 2，B B正正确；确；中中CuCu是正极，电极反应式为是正极，电极反应式为O O2 22H2H2 2O O4e4e=4OH=4OH，D D错。错。 说明说明原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。 4、正负
8、极的判断方法、正负极的判断方法思考：判断原电池的正负极的思考：判断原电池的正负极的方法有哪些？方法有哪些？5 5、对原电池工作原理的进一步探究、对原电池工作原理的进一步探究造成的主要原因造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，这种作用会阻碍这种作用会阻碍H+ 在在Cu 片上继续得电子，片上继续得电子，Zn 片上的电子也就不能顺畅地输送到片上的电子也就不能顺畅地输送到Cu 片上，电流不能畅通，有些片上，电流不能畅通，有些H+ 就直接在就直接在Zn 片上
9、夺取电子生成片上夺取电子生成H2。 ？提出问题：？提出问题： 将锌片和铜片置于稀硫酸构成原电池，如果用它做将锌片和铜片置于稀硫酸构成原电池，如果用它做电源，不但效率低电源，不但效率低(部分化学能转化为热能部分化学能转化为热能)，而且时间稍长电流，而且时间稍长电流就很快减弱，就很快减弱，因此不适合实际应用。因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？这是什么原因造成的呢？ 由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，
10、即在负极片表面析出，即在负极(锌锌)表面也构成了原电池，进一步加速铜表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面在负极锌表面析出，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，不再构成原电池了，也就没有电流再产生。完全被铜覆盖后，不再构成原电池了，也就没有电流再产生。？如果将如果将稀硫酸稀硫酸换为硫酸铜溶液换为硫酸铜溶液，情况又会怎样呢？，情况又会怎样呢？ 为了避免发生这种现象，设为了避免发生这种现象，设计如右图所示的原电池装置，你计如右图所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？能解释它的工作原理吗？盐桥盐桥分析分析：改进后的装置为什么能够
11、持续、：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？稳定的产生电流？如果取出盐桥有无电如果取出盐桥有无电流产生？流产生？盐桥在此的作用是什么？盐桥在此的作用是什么？盐桥制法：盐桥制法：1)1)将热的琼胶溶液倒入将热的琼胶溶液倒入U U形管中形管中( (注意不要产生裂注意不要产生裂隙隙) )，将冷却后的，将冷却后的U U形管浸泡在形管浸泡在KClKCl或或KNOKNO3 3的饱和溶液中即可。的饱和溶液中即可。2)2)将将KClKCl或或KNOKNO3 3的饱和溶液装入的饱和溶液装入U U形管，用棉花堵住管口即可。形管，用棉花堵住管口即可。在外电路中连一电流计，有盐桥存在时电流计指针发在外电路中连
12、一电流计，有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路；取出盐桥，电流计指针生偏转，即有电流通过电路；取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。即回到零点，说明没有电流通过。盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）连接内电路，形成闭合回路）连接内电路，形成闭合回路。得出结论得出结论（2 2）平衡电荷，使原电池不断产生电流。）平衡电荷，使原电池不断产生电流。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠靠离子迁移完成离子迁移完成的。的。取出盐桥，取出盐桥，ZnZn失去电子形成的失去电子形成的ZnZn2+2+进进入入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，
13、ZnSOZnSO4 4溶液因溶液因ZnZn2+2+增多而带正电荷。同时，增多而带正电荷。同时，CuSOCuSO4 4则由于则由于CuCu2+2+ 变为变为Cu Cu ，使得，使得 SOSO4 42-2-相对较多而带负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。锌片流向铜片，造成电流中断。盐桥盐桥盐桥盐桥 由于盐桥（如由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中阴离子）的存在，其中阴离子ClCl- -向向ZnSOZnSO4 4溶液扩散和迁移，阳离子溶液扩散和迁移，阳离子K K+ +则向则向CuSOCuSO4
14、4溶液扩散和迁移，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用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSOCuSO4 4溶液中溶液中的的 CuCu2+2+几乎完全沉淀下来。几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与若电解质溶液与KClKCl溶液反溶液反应产生沉淀，可用应产生沉淀，可用KNOKNO3 3代替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。(1)比较金属活动性强弱比较金属活动性强弱练习练习1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是：（：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是：（ ）A.用导线连接
15、插入稀盐酸中，乙溶解，甲上有用导线连接插入稀盐酸中，乙溶解，甲上有H2气放出气放出；B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多在氧化还原反应中，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；将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强C6、原电池原理应用：、原电池原理应用：(2)加快氧化还原反应速率加快氧化还原反应速率练习练习2 ：下列制氢气的反应速率最快的是：下列制氢气的反应速率最快的是： （ ）A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸； B.纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐
16、酸；D.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。 D (3)用于金属的防护用于金属的防护练习练习3：下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)练习练习4：试根据反应：试根据反应：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)+2Ag设计成原设计成原电池，画出装置图，并写出电极反应式。若用到盐桥，则电池，画出装置图，并写出电极反应式。若用到盐桥，则盐桥中电解质可用盐桥中电解质可用 。KNO3溶液溶液(4)设计制作化学电源设计制作化学电源思考题：思考题：把适合题意的图像填在横线上把适合题意的
17、图像填在横线上(用用A、B、C、D表示表示)(1)将等质量的两份锌粉将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加中加入少量的入少量的CuSO4溶液，产生溶液，产生H2的体积的体积V(L)与时间与时间t(min)的关系是的关系是_。(2)将过量的两份锌粉将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入中加入少量的少量的CuSO4溶液，产生溶液，产生H2的体积的体积V(L)与时间与时间t(min)的关系是的关系是_(3)将将(1)中的中的CuSO4溶液改成溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则溶液，其他条件不变，则图像是图像是_。ABC