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1、第四章第四章 电化学基础电化学基础 第一节第一节 原电池原电池广水市第一高级中学广水市第一高级中学 刘香清刘香清 1780年，意大利生物学家伽伐尼年，意大利生物学家伽伐尼(Galvani,L.)在做青蛙的解剖实验时发现有青在做青蛙的解剖实验时发现有青蛙抽搐现象。蛙抽搐现象。原电池的雏形原电池的雏形理论解释理论解释：生物电观点生物电观点普通干电池普通干电池手机电池手机电池钮扣电池钮扣电池笔记本电脑笔记本电脑 专用电池专用电池 摄像机摄像机专用电池专用电池 “神六神六”用用太阳能电池太阳能电池形形色色的电池形形色色的电池【复习一复习一 】构成原电池的条件：构成原电池的条件：两极一液一连线两极一液一
2、连线负极（活泼金属）：负极（活泼金属）：正极（较不活泼金属或非金属）：正极（较不活泼金属或非金属）：电子流出、发生氧化反应电子流出、发生氧化反应电子流入、发生还原反应电子流入、发生还原反应在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应反应两个两个活动性不同的金属活动性不同的金属（或其中一种为非金（或其中一种为非金属，即作导体用）作电极。属，即作导体用）作电极。电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路（前提条件）前提条件）ABCDEFMN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？VXVVXXXV思考与练习思考与练习问题问题在左图（）装置中，可以
3、观在左图（）装置中，可以观察到什么现象？察到什么现象？现象现象锌片上有气泡，铜片上无气泡锌片上有气泡，铜片上无气泡（）（）（）（）问题问题在左图（）装置中，可以观在左图（）装置中，可以观察到什么现象？察到什么现象？现象锌片溶解，现象锌片溶解，铜片上有气泡铜片上有气泡分析分析 片能与稀硫酸直接反应放片能与稀硫酸直接反应放出氢气出氢气分析分析铜片上：铜片上：2-=H2 锌片上：锌片上：-=总反应：总反应：复习二复习二原电池的工作原理原电池的工作原理氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）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
4、（氧化性）（氧化性）失失e 得得e电子电子e电流电流结论结论把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进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，就可以获得电流行，再以适当的方式连接起来，就可以获得电流CuSO4 溶液溶液电流表指针发生电流表指针发生偏转，但不稳定。偏转，但不稳定。两个电极上都有两个电极上都有红色物质生成红色物质生成CuSO4 溶液溶液思考：如何才能得到思考：如何才能得到持续稳定的电流？持续稳定的电流？分析：分析：由于锌片与硫酸铜溶液直由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜面也构成了原电
5、池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电在锌表面析出，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，也就没覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。有电流产生。?在原有实验基础上进行改进，设计成一个在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池。能产生持续稳定电流的原电池。实验探究实验探究盐桥的作用是什么？盐桥的作用是什么？将电解质溶液装在倒置将电解质溶液装在倒置的的U形管中，跨接于两电形管中，跨接于两电解质溶液之间，代替两解质溶液之间，代替两溶液的直接接触，连成溶液的直接接触，连成一个通路。就构成了盐一个通路。就构成
6、了盐桥。桥。可使由它连接的两溶液可使由它连接的两溶液保持电中性，盐桥保障保持电中性，盐桥保障了电子通过外电路从锌了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程的溶解和铜的析出过程得以继续进行得以继续进行。小结：小结：将原电池反应中的氧化反将原电池反应中的氧化反应与还原反应分开在两个不同应与还原反应分开在两个不同区域内进行，再以适当的方式区域内进行，再以适当的方式连接起来，从而获得了稳定持连接起来，从而获得了稳定持续的电流。续的电流。盐桥CuSO4溶液CuSO4溶液 G ZnCu 实验一实验一按下图进行实验，注意观察现象按下图进行实验，注意观察现象实验现象实验现
7、象锌片溶解，质量减少；锌片溶解，质量减少；铜片上有红色物质析出。铜片上有红色物质析出。结论结论Cu-Zn-CuSO4溶液构成了原电池，称为铜锌原电池溶液构成了原电池，称为铜锌原电池负极负极正极正极（锌片）：（锌片）：（铜片）：（铜片）：电流计指针偏转，并指示电子是电流计指针偏转，并指示电子是由锌片流向铜片；（向正极偏转）由锌片流向铜片；（向正极偏转）总电池反应式是：总电池反应式是：一、双液原电池的工作原理一、双液原电池的工作原理实验二实验二继续观察实验一装置中电流计电流强继续观察实验一装置中电流计电流强度随时间延续的情况，以及锌片表面的变化。度随时间延续的情况，以及锌片表面的变化。实验现象：实
8、验现象：指针偏转角度渐渐减少，同时锌片表指针偏转角度渐渐减少，同时锌片表面有铜析出。面有铜析出。如何设法阻止溶液中的如何设法阻止溶液中的Cu2+在负极锌表面还原以在负极锌表面还原以及能使该装置原电池得到持续、稳定的电流呢？及能使该装置原电池得到持续、稳定的电流呢？设想设想若把装置中左烧杯中的若把装置中左烧杯中的CuSO4溶液换成溶液换成ZnSO4溶液可以吗？溶液可以吗？实验三实验三教材教材P71“实验实验4-1”实验现象：实验现象：盐桥存在时电流计指针偏转，且指针偏转角盐桥存在时电流计指针偏转，且指针偏转角度随时间的延续几乎保持不变；度随时间的延续几乎保持不变；Zn片溶解，无红色物质析出，片溶
9、解，无红色物质析出，Cu片上有红色片上有红色物质析出；物质析出；取出盐桥电流计指针回到零点。取出盐桥电流计指针回到零点。实验结论：实验结论：ZnCuZnSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液盐桥构成了原盐桥构成了原电池电池（双液原电池），（双液原电池），能产生持续、稳定的电流；能产生持续、稳定的电流；取出盐桥时没有电流产生，不能形成原电池取出盐桥时没有电流产生，不能形成原电池利用反应利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计一个单液，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。示意图，并写出电极反
10、应。参考答案参考答案(+)(-)G Zn Pt FeCl3溶液负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）(+)(-)ZnCl2溶液FeCl3溶液盐桥 G Zn C 负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）一、双液原电池的工作原理一、双液原电池的工作原理、构造特点：、构造特点：由两个半电池组成，每个半电池中的电极与由两个半电池组成，每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应，电池反应的还原剂与电解质溶液互不反应，电池反应的还原剂与氧化剂分别位于两个半电池中，中间通过盐氧化
11、剂分别位于两个半电池中，中间通过盐桥连接形成闭合回路。桥连接形成闭合回路。、电极反应：、电极反应：负极（负极（Zn）：）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）（氧化反应）正极（正极（Cu）：）：Cu2+2e-=Cu（还原反应）（还原反应）电池反应：电池反应：Zn+Cu2+=Zn2+Cu3、电子、电流的流向、电子、电流的流向外电路：外电路：电子由负极（电子由负极（Zn片）流向正极（片）流向正极（Cu片）；片）；电流由正极（电流由正极（Cu片）流向负极（片）流向负极（Zn片）；片）；内电路：内电路：阳离子移向正极（阳离子移向正极（Cu片）；阴离子移向负极（片）；阴离子移向负极（Zn片）。片）。、盐桥
12、的作用、盐桥的作用通过阴、阳离子的定向移动，在内电路形成电流回路而不中断电流。通过阴、阳离子的定向移动，在内电路形成电流回路而不中断电流。、意义：、意义：随开随用，并能长时间产生持续、稳定的电流。随开随用，并能长时间产生持续、稳定的电流。小结小结二、原电池的原理及形成条件二、原电池的原理及形成条件 小结小结1、原电池的定义：、原电池的定义：化学能转变为电能的装置。化学能转变为电能的装置。、构成原电池的条件：、构成原电池的条件：（1）有两种活动性不同的金属（或金属与非金属）作电极。）有两种活动性不同的金属（或金属与非金属）作电极。（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。（
13、3）两极相连形成闭合电路。）两极相连形成闭合电路。两极液连线两极液连线3、原电池的电极：、原电池的电极：材料种类：材料种类：负极：还原剂发生氧化反应的一极；负极：还原剂发生氧化反应的一极；正、负极的判断方法：正、负极的判断方法：电流计指针的偏转方向：电流计指针的偏转方向：电子流出或电流流入的一极为负极，电子流出或电流流入的一极为负极，电子流入或电流流出的一极为正极电子流入或电流流出的一极为正极实验现象：实验现象：电极本身溶解的为负极，电极上有金属或气体析出的为正极电极本身溶解的为负极，电极上有金属或气体析出的为正极正极：氧化剂发生还原反应的一极；正极：氧化剂发生还原反应的一极；金属金属金属（活
14、泼性不同）；金属（活泼性不同）；金属金属非金属；金属非金属；金属金属氧化物等。金属氧化物等。（4 4）氧化还原反应）氧化还原反应（前提条件）（前提条件）1.判断下图装置，哪些能形成原电池（判断下图装置，哪些能形成原电池（）2.发生原电池的反应通常是放热反应，在理论上可设计成原电池的化学反发生原电池的反应通常是放热反应，在理论上可设计成原电池的化学反应是（应是（）A、C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H0 B、NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)H0C、4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)H0D、CH4(g)+2O2(
15、g)=CO2(g)+2H2O(l)H0AECD (F)F3.某原电池总反应式为：某原电池总反应式为：Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+，能实现该，能实现该反应的原电池是反应的原电池是()4.将镁片和铝片用导线相连，分别同时插入稀将镁片和铝片用导线相连，分别同时插入稀H2SO4和和NaOH溶溶液中，写出两池中的电极反应式和电池反应式。液中，写出两池中的电极反应式和电池反应式。ABCD电电极材料极材料Cu、ZnCu、AgCu、CFe、Zn电电解解质质溶液溶液FeCl3Fe2(SO4)3Fe(NO3)2CuSO4B MgAl稀稀H2SO4原电池：原电池：负极（负极（Mg）：）：Mg-2e-=Mg2
16、+（氧化反应）（氧化反应）正极（正极（Al）：）：2H+2e-=H2（还原反应）（还原反应）电池反应：电池反应：Mg+2H+=Mg2+H2 AlMgNaOH原电池：原电池：负极（负极（Al）：）：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O（氧化反应）（氧化反应）正极（正极（Mg）：）：6H2O+6e-=3H2+6OH-（还原反应）（还原反应）电池反应：电池反应：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2 与金属活动性顺序表与金属活动性顺序表讨论一组问题1.1.如果将如果将ZnZn电极换成电极换成FeFe电极，电极，值将如何变化？值将如何变化？2.2.欲使置换能力升高即欲使置换能力升
17、高即升高，电极材料如何变换？降低呢？升高，电极材料如何变换？降低呢？3.3.如果将如果将H H2 2SOSO4 4稀释，稀释，值将如何变化？值将如何变化？4.4.如果将如果将H H2 2SOSO4 4溶液换成同浓度的溶液换成同浓度的CuSOCuSO4 4溶液，溶液，值将如何变化？值将如何变化？5.5.是否是否金属越活泼，一定作负极？越不活泼，一定作正极？金属越活泼，一定作负极？越不活泼，一定作正极？1 1、原电池的定义：、原电池的定义：、原电池的定义：、原电池的定义：2 2、原电池反应的本质：、原电池反应的本质：、原电池反应的本质：、原电池反应的本质：3 3、构成原电池的条件：、构成原电池的条
18、件：、构成原电池的条件：、构成原电池的条件：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。将化学能转化为电能的装置叫做原电池。氧化还原反应氧化还原反应两个两个活动性不同的金属活动性不同的金属（或其中一种为（或其中一种为 非金属，即作导体用）作电极。非金属，即作导体用）作电极。电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应反应（前提（前提（前提（前提条件）条件）原电池是由两个半电池组成的原电池是由两个半电池组成的电池反应：电池反应：Zn+CuZn+Cu2+2+=Cu+=Cu+ZnZn2+2+（离子方程式）（离子方程式）Zn+Cu
19、CuSO4=ZnSO4+CuCu （化学方程式）（化学方程式）正极（铜电极）：正极（铜电极）：CuCu2+2+2e+2e-CuCu 负极（锌电极）：负极（锌电极）：Zn-2eZn-2e-Zn Zn2+2+4、电极反应：、电极反应：半电池中的反应就是半反应，即电极反应。半电池中的反应就是半反应，即电极反应。氧化反应氧化反应还原反应还原反应5、盐桥的作用：、盐桥的作用：使使Cl-向锌盐方向移动，向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使向铜盐方向移动，使Zn盐和盐和Cu盐溶液一直保持电荷平衡，组成内部闭盐溶液一直保持电荷平衡，组成内部闭合回路，从而使电子不断从合回路，从而使电子不断从Zn极流向极流向C
20、u极。极。6、电解质溶液和电极材料的选择、电解质溶液和电极材料的选择活泼性不同活泼性不同 的两种金属。的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极作正极惰性电极。惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt（2）电池的电极材料必须能导电）电池的电极材料必须能导电（1）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反）电解质溶液一般要能够与负
21、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。与电极材料具有相同的阳离子。7、原电池的正负极的判断方法、原电池的正负极的判断方法电子流出的极电子流出的极电子流入的极电子流入的极负极负极正极正极较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极质量增加的电极质量减少的电极质量减少的电极负极负极正极正极正极正极负极负极有气泡冒出的电极为正极有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生氧化反应的极发生还原反应的极发生还原反应的极 宏观判断宏观判断：根据
22、电极材料根据电极材料根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应根据电极增重还是减重根据电极增重还是减重根据电极有气泡冒出：根据电极有气泡冒出：负极负极正极正极（工作后）（工作后）（工作后）（工作后）微观判断微观判断（根据电子流动方向）（根据电子流动方向）1.关于原电池的叙述中正确的是（关于原电池的叙述中正确的是（）A.构成原电池两极的必须是两种不同金属构成原电池两极的必须是两种不同金属B.内电路阳离子移向的一极为正极，外电内电路阳离子移向的一极为正极，外电路电子流出的一极为负极路电子流出的一极为负极C.原电池工作中总是负极溶解，正极上有原电池工作中总是负极溶解，正极上有物质析出物质析出
23、D.原电池的正极是还原剂，总是溶液中的原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原阳离子在此被还原B(1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。：例例1 下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（的是（）A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶 解，甲上有解，甲上有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；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；C
24、8、原电池原理应用、原电池原理应用(2)比较反应速率快慢比较反应速率快慢例例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；盐酸；D.纯锌和纯锌和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)比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢例例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(2)(1)(3)例例4：下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速片，放
25、置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3)(4)判断溶液判断溶液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,若工作一段时间后，从装置中共收集到若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为升气体，则流过导线的电子为_ mol,溶液溶液的的pH值为值为_？（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 0.015根据电极反应：根据电极反应：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+2eH23.40.0154-0.6 3.4 化学电池的组成化学电池的组成组成负极正极电解质 电极材料电极上发生反应的物质电子流向反应类型能导电的物质能导电的物质还原性较强的还原性较强的物质物质(多是金多是金属电极本身属电极本身)氧化性较强氧化性较强的物质的物质酸溶液酸溶液碱溶液碱溶液盐溶液盐溶液或或熔融液熔融液流出电子流出电子流入电子流入电子氧化反应氧化反应还原反应还原反应