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1、第四章第四章 电化学基础电化学基础(jch)(jch)第一节第一节 原原 电电 池池第一页，共29页。1 1、原电池：、原电池：（1 1）定义）定义(dngy)(dngy)：将化学能转变为电：将化学能转变为电能的装置。能的装置。（2）反应本质(bnzh)：氧化还原反应（3 3）原电池正负电极的判断）原电池正负电极的判断(pndun)(pndun)方法方法负极：负极：正极：正极：电子电子流出流出，发生失电子的氧化反应，发生失电子的氧化反应电子电子流入流入，发生得电子的还原反应发生得电子的还原反应知识回顾知识回顾第二页，共29页。根据根据(gnj)电极材料判断电极材料判断练习：判断下列原电池的正负
2、极练习：判断下列原电池的正负极.ZnCu稀硫酸稀硫酸ZnFeA稀硫酸稀硫酸CZnFeCA稀硫酸稀硫酸A稀硫酸稀硫酸A负极负极:较活泼的金属较活泼的金属正极正极(zhngj):较不活泼的金属或非较不活泼的金属或非金属导体金属导体-+-+-+-+第三页，共29页。根据电子或电流流动方向根据电子或电流流动方向(fngxing)判断（外电路）：判断（外电路）：电子从负极流出 沿导线 流入正极电流从正极流出 沿导线 流入负极ee根据离子根据离子(lz)的定向移动方向（内电路）的定向移动方向（内电路）阳离子向正极阳离子向正极(zhngj)移动移动阴离子向负极移动阴离子向负极移动根据电极反应判断根据电极反应
3、判断失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极负极得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极正极第四页，共29页。根据现象根据现象(xinxing)(xinxing)判断判断电极不断电极不断(bdun)溶解：负极溶解：负极有气泡冒出、有固体析出有气泡冒出、有固体析出(xch)：正极：正极根据离子方程式判断根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极）（在正极）第五页，共29页。实验实验(shyn)探究探究请根据反应：请根据反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu 分析该反应氧化剂、还原剂及分析该反应氧化剂、还原剂及电子转移情况和现象电子转移情况和现象(xinxing)及反应快慢。及反
4、应快慢。CuSO4第六页，共29页。CuSO4 溶液溶液电流表指针发生电流表指针发生(fshng)偏偏转吗？两个电极上及溶液都有转吗？两个电极上及溶液都有什么现象？换成什么现象？换成H2SO4现象现象又如何？又如何？该装置是否构成原电池？电流该装置是否构成原电池？电流表指针发生表指针发生(fshng)偏转吗？偏转吗？铜电极上有什么现象？铜电极上有什么现象？实验实验(shyn)探究探究1实验探究实验探究2指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片质量增加，指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片质量增加，溶液颜色变浅速度较快。溶液颜色变浅速度较快。是原电池，指针不偏转，铜极增重。是原电池，指针不偏转，铜极增重。第七页，共
5、29页。（可以（可以(ky)）（可以（可以(ky)）（可以（可以(ky)）（不可以）（不可以）2.原电池的形成条件：原电池的形成条件：（1）活泼性不同的两个电极）活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属。（一定吗？）负极：较活泼的金属。（一定吗？）正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？第八页，共29页。(2)电极电极(dinj)需插进电解质溶液中；需插进电解质溶液中；(3)必须形成闭合必须形成闭合(b h)回路；回路；（可以（可以(ky)）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）(4)能
6、自发发生氧化还原反应；能自发发生氧化还原反应；第九页，共29页。CuSO4 溶液溶液电流表指针发生偏转电流表指针发生偏转(pinzhun)吗？指针稳定吗？指针稳定吗？两个电极上都有什么现吗？两个电极上都有什么现象？效率高吗？象？效率高吗？电流表指针发生电流表指针发生(fshng)偏转，但不偏转，但不稳定。放电时间短效率稳定。放电时间短效率低，两个电极上都有红低，两个电极上都有红色物质生成色物质生成第十页，共29页。CuSO4 溶液溶液思考：如何才能得到思考：如何才能得到(d do)持续稳定的电流持续稳定的电流？将锌片与铜片隔离。？将锌片与铜片隔离。分析：分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接接由于锌片
7、与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出表面析出，致使向外输出(shch)的电流强度减弱。当锌片表面完全的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。就没有电流产生。第十一页，共29页。硫酸锌溶液硫酸锌溶液(rngy)硫酸铜溶液硫酸铜溶液(rngy)上述装置构成原电池了吗？为什么？上述装置构成原电池了吗？为什么？怎样才能构成原电池呢？怎样才能构成原电池呢？第十二页，共29页。为了避免发生这种现象，设计如下图（为了避免
8、发生这种现象，设计如下图（P71图图4-1）所示的原电池装置）所示的原电池装置(zhungzh)，你能解释，你能解释它的工作原理吗？它的工作原理吗？盐桥中通常盐桥中通常(tngch(tngch ng)ng)装有装有含琼胶的含琼胶的KClKCl饱和溶液饱和溶液此装置优点此装置优点(yudin)(yudin)：能：能稳定长时间放电稳定长时间放电第十三页，共29页。工作工作(gngzu)原原理理外电路：外电路：Zn失去电子沿导线通过电流表进入失去电子沿导线通过电流表进入 铜片铜片内电路：内电路：Zn原子失去电子成为原子失去电子成为Zn2+进入溶液，进入溶液，使使ZnSO4溶液因溶液因Zn2+增加而带
9、正电，盐桥增加而带正电，盐桥中的中的Cl会移向会移向ZnSO4溶液；同时溶液；同时Cu2+获获得电子成为金属沉淀在铜片上，使得电子成为金属沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因溶液因SO42相对增加而带负电，盐桥中相对增加而带负电，盐桥中的的K+移向移向CuSO4溶液，从而溶液，从而(cng r)形成形成闭合回路。闭合回路。第十四页，共29页。组成组成两个半电池左右两个烧杯中的电解质溶两个半电池左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有液应与电极材料具有(jyu)(jyu)相同的阳离子。相同的阳离子。盐桥的作用盐桥的作用(zuyng)(zuyng)让溶液始终保持电中性让溶液始终保持电中性代替两溶液直
10、接接触代替两溶液直接接触(jich)(jich)使两个烧杯中使两个烧杯中的溶液连成一个通路的溶液连成一个通路盐桥：盐桥：饱和饱和 KCl KCl 溶液溶液(以琼胶制作成冻胶以琼胶制作成冻胶)第十五页，共29页。氧化氧化(ynghu)反应反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液(rngy)失失e，沿导线，沿导线(doxin)传递，有电传递，有电流产生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+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式）离子方程
11、式）（化学方程式）（化学方程式）电电极极反反应应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子原原 电电 池池 原原 理理外电路外电路内电路内电路第十六页，共29页。2 2、原电池的工作、原电池的工作(gngzu)(gngzu)原理原理氧化氧化(ynghu)还原反应（本质：反应物之间有电还原反应（本质：反应物之间有电子转移）子转移）负极负极（还原性）（还原性）还原反应还原反应氧化反应氧化反应正极正极（氧化性）（氧化性）失失e 得得e电子电子e电流电流结论把氧化反应和还原反应分开在不同结论把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，再以适当的方式连接起来，就的
12、区域进行，再以适当的方式连接起来，就可以获得可以获得(hud)电流电流第十七页，共29页。二、电极反应式的判断二、电极反应式的判断(pndun)和书写和书写（1 1）.原电池两极的判断：若给出装置则与电解液反应的一原电池两极的判断：若给出装置则与电解液反应的一极为负极极为负极(fj)(fj)，若给出总反应方程式则分析反应中有关物，若给出总反应方程式则分析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质元素化合价的变化，确定原电池的正极和负极(fj)(fj)。（2 2）书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极）书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极(fj)(fj)反应联系在一起考虑，它
13、们具有加和性：反应联系在一起考虑，它们具有加和性：化学反应方程式化学反应方程式=正极反应方程式正极反应方程式+负极负极(fj)(fj)反应方程式。反应方程式。（3 3）.在原电池反应中，必须遵循得失电子守恒。在原电池反应中，必须遵循得失电子守恒。（4 4）.介质参与电极反应的原则：原电池的两极反应若均在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，一定介质中进行，介质常常参与电极反应。在酸性介质中，H+H+可能反应，在碱性介质中，可能反应，在碱性介质中，OHOH可能反应。可能反应。第十八页，共29页。判断右边原电池的正、负极判断右边原电池的正
14、、负极(fj)(fj)，并写出电，并写出电极反应式。极反应式。Cu Cu C CFeCl3FeCl3溶液溶液(rngy)(rngy)负极负极(fj)(fj)：Cu Cu 失电子失电子 Cu-2e-=Cu2+Cu-2e-=Cu2+正极：正极：Fe3+Fe3+得电子得电子 2Fe3+2e-=2Fe2+2Fe3+2e-=2Fe2+A A Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=CuCl=CuCl2 2+2FeCl+2FeCl2 2先写出总反应：先写出总反应：即即 负极与电解质溶液反应负极与电解质溶液反应拆成离子方程式：拆成离子方程式：CuCu +2Fe2Fe3 3 =CuCu2 2+2Fe2Fe2
15、2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极1.简单原电池电极方程式的写法简单原电池电极方程式的写法第十九页，共29页。请写出右边请写出右边(yu bian)原电池的电极方程式。原电池的电极方程式。总反应总反应(fnyng)(fnyng)方程式：电极与电解液反应方程式：电极与电解液反应(fnyng)(fnyng)的方程式的方程式负极负极(fj)(fj)：AlAl，失，失e-e-2Al -6e 2Al -6e 2Al3+2Al3+2Al2Al3+3+8OH+8OH-=2AlO=2AlO2 2-+4H+4H2 2OO 负极总反应：负极总反应：负极总反应：负极总反应：2Al+8OH2Al+8O
16、H-6e6e 2AlO2AlO2 2-+4H+4H2 2O O 正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应6H6H2 2O O 6e6e 6OH6OH 3H3H2 2 Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成离子方程式：拆成离子方程式：2Al+2OH+2H2O =2AlO2+3H2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2第二十页，共29页。2.2.燃料电池电极方程式的写法燃料电池电极方程式的写法 总反应：总反应：实际上就是实际上就是(jish)(jish)燃料的完全燃燃料的完全燃烧。烧。负极（通入
17、燃料）：负极（通入燃料）：为燃料失去电子的氧为燃料失去电子的氧化反应，化反应，正极（通入氧化剂）：正极（通入氧化剂）：为氧化剂得到电子的为氧化剂得到电子的还原反应。还原反应。以以PtPt为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为 KOH KOH溶液的氢氧燃溶液的氢氧燃料电池为例料电池为例负极负极(fj)(fj)总反应总反应:2H2-4e-+4OH-:2H2-4e-+4OH-4H2O4H2O正极正极:总反应总反应(fnyng)(fnyng)负极反应负极反应(fnyng)(fnyng)总反应：总反应：2H2H2 2+O+O2 22H2H2 2O O负极负极:H:H2 2 失失e e4H4H+4OH+
18、4OH-4H4H2 2O O2H2H2 2-4e-4e-4 H4 HO O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-4OH4OH-第二十一页，共29页。三、原电池的设计三、原电池的设计(shj)（一）负极参与的电池：（一）负极参与的电池：活泼性不同活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极的两种金属。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，金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极作正极（二）两极均不参与电池：（二）两极均不参与电池：惰性电极
19、。如氢氧燃料电池惰性电极。如氢氧燃料电池(rn lio din ch)中，两根电极均可用中，两根电极均可用Pt（电池的电极必须（电池的电极必须(bx)导电）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烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与与电极材料具有相同的电极材料具有相同的阳离子阳离子。第二十二页，共29页。请根据氧化请根据氧化(ynghu)还原反应还原反应:Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+设计成原电池。你有哪些可行方案设计成原电池。你有哪些可行方案?
20、Cu Cu 2e-=Cu2+比比Cu不活泼的金属不活泼的金属(jnsh)或石墨或石墨2Fe3+2e-=2Fe2+Fe2(SO4)3、FeCl3等等负极：负极：正极正极(zhngj)：电解质溶液：电解质溶液：练练一一练练若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。么？试画出原电池的装置简图。第二十三页，共29页。1.1.利用利用(lyng)(lyng)原电池原理设计新型化学电原电池原理设计新型化学电池；池；2.2.改变化学反应改变化学反应(fnyng)(fnyng)速率，如实验室用速率，如实验室用粗锌与硫酸反应粗锌与
21、硫酸反应(fnyng)(fnyng)制取氢气；制取氢气；3.3.进行金属活动性强弱进行金属活动性强弱(qin(qin ru)ru)比较；比较；4.4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，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。而受到保护。如在铁器表面镀锌。四、原电池的主要应用：四、原电池的主要应用：5.5.解释某些化学现象解释某些化学现象第二十四页，共29页。(1)比较金属比较金属(jnsh)活动性强活动性强弱。弱。例例1：下列叙述中，可以下列叙述中，可以(ky)说明金属甲比乙活泼性强说明金属甲比乙活泼性强的是的是C.将甲乙作电极组成将甲乙作电极组成(z chn)
22、原电池时甲是负原电池时甲是负极；极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2气放出气放出；B.在氧化在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多还原反应中，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；同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；（C）原电池原理应用：原电池原理应用：第二十五页，共29页。(2)比较反应比较反应(fnyng)速率速率例例2：下列制氢气的反应下列制氢气的反应(fnyng)速率最速率最快的是快的是粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸盐酸(yn sun)；B.A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；纯锌和纯锌和
23、18 mol/L 硫酸；硫酸；C.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.（D）原电池原理应用：原电池原理应用：第二十六页，共29页。例例4：下列下列(xili)装置中四块相同的装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀片，放置一段时间后腐蚀速速率由慢到快的顺序是率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3)第二十七页，共29页。(4)判断判断(pndun)溶液溶液pH值变化值变化例例5：在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为0.125mol/L,若工作若工作(gngzu)一段时间后，从装置中共一段时间后
24、，从装置中共收集到收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为升气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的溶液的pH值变值变_？（溶液体积变化忽略不计）？（溶液体积变化忽略不计）0.2解得：解得：y 0.015(mol)x 0.015(mol)3.75 10 4(mol/L)pH-lg3.75 1044-lg3.75 答：答：0.015根据电极根据电极(dinj)反反应：应：正极：正极：负极：负极：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2得：得：2 2 22.4x y 0.168解：解：0.20.1252c(H+)余余2H+2eH2大大0.015原电池原理应用：原电池原理应用：第二十八页，共29页。
25、(5)原电池原理的综合原电池原理的综合(zngh)应用应用例例6：市场上出售的：市场上出售的“热敷袋热敷袋”的主要成分为铁屑、的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋热敷袋”启启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开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量。使用完后，会发塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现现(fxin)有大量铁锈存在。有大量铁锈存在。“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出热量。放出热量。2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。3)加入氯化钠的主要作用是加入氯化钠的主要作用是 。4)木屑的作用是木屑的作用是 。铁被氧化铁被氧化(ynghu)与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化氯化钠溶于水、形成电解质溶液氯化钠溶于水、形成电解质溶液使用使用“热敷袋热敷袋”时受热均匀时受热均匀原电池原理应用：原电池原理应用：第二十九页，共29页。