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1、第四章 化学反应与电能第一节 原电池第1课时：原电池的工作原理习学目 标1.1.以以铜锌原电池为例，理解原电池的工作铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理原理2.2.学会学会判断原电池的正负极判断原电池的正负极3.3.掌握掌握原电池的电极反应式和电池反应方程式的书写原电池的电极反应式和电池反应方程式的书写 张爷爷自从镶了两颗假牙（一颗金牙、一颗钢牙）后，经常头痛失眠，这是为什么？【课前引入】镶假牙后头疼失眠是由电流引起的，那么这里的电流是如何产生的？【导】1、概念：把化学能转化为电能的装置。3、构成要素：有两个活泼性不同的电极。有电解质溶液或熔融电解质。能形成闭合回路。A2、本质：自发进行的氧化
2、还原反应。两极一液一连线两极一液一连线原 电 池【知识回顾】【评】CuZn-Zn2+H+H+Zn2e=Zn2+2H+2e=H2 氧化反应氧化反应还原反应还原反应负极负极正极正极阳离子阳离子阴离子阴离子SO42-锌电极溶解锌电极溶解铜电极上产生气泡铜电极上产生气泡原电池总反应：原电池总反应：Zn+2H+=Zn2+H2电子流向：负极电子流向：负极 沿导线沿导线 正极正极电流方向：正极电流方向：正极 沿导线沿导线 负极负极外外电电路路内内电电路路阴离子阴离子 负极负极阳离子阳离子 正极正极外电路外电路内电路内电路eI电子不下水电子不下水离子不上岸离子不上岸1、工作原理、工作原理电极Zn电极Cu电极得
3、失电子_电子_电子电子流向电极名称反应类型电极反应式总反应式推测现象负极负极正极正极失失得得流出流出流入流入氧化反应氧化反应还原反应还原反应锌片溶解锌片溶解产生气泡产生气泡Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2判断方法负极正极电极材料较活泼金属较不活泼金属或石墨通入物通入还原剂的电极通入氧化剂的电极两极反应类型发生氧化反应的电极发生还原反应的电极电子流向(或电流方向)电子流出的电极(或电流流入的电极)电子流入的电极(或电流流出的电极)离子流向阴离子流向的电极阳离子流向的电极电极质量变化质量减小的电极质量增加的电极有无气泡有气泡产生的电极【注意】(1)金属的活动性受所
4、处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性MgAl；而在碱性溶液中，Al可以与OH反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。(2)Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。（可以）（可以）（可以）（不可以）形成条件一：形成条件一：活泼性不同的两个能导活泼性不同的两个能导电的电极电的电极负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等一般一般2 2、形成原电池的条件、形成原电池的条件（可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形
5、成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路（不可以）（可以）形成条件四：能自发发生氧化还形成条件四：能自发发生氧化还 原反应原反应练习：判断正极和负极练习：判断正极和负极Ie-Cl-+-+-+电流流入端是负极电流流入端是负极电子流出端是负极电子流出端是负极阴离子向负极移动阴离子向负极移动铁片溶解-+Fe2+Fe3+-+练习：判断正极和负极练习：判断正极和负极溶解的是负极溶解的是负极发生氧化反应是负极发生氧化反应是负极关于右图装置的叙述，正确的是关于右图装置的叙述，正确的是()A铜是负极，铜片上有气泡产生铜是负极，铜片上有气泡产生B铜片质量逐渐减少
6、铜片质量逐渐减少C电流从锌片经导线流向铜片电流从锌片经导线流向铜片D氢离子在铜片表面被还原后生成氢离子在铜片表面被还原后生成H2E 正极附近的正极附近的SO42 离子浓度逐渐增大离子浓度逐渐增大 D将将Al片和片和Cu片用导线连接，一组插入浓硝酸片用导线连接，一组插入浓硝酸中，一组插入稀氢氧化钠溶液中，分别形成原中，一组插入稀氢氧化钠溶液中，分别形成原电池。在这两个原电池中，负极分别为电池。在这两个原电池中，负极分别为()AAl片、片、Cu片片BCu片、片、Al片片CAl片、片、Al片片 DCu片、片、Cu片片B课前复习小杨老师 15521324728版权归属于微信公众号：杨 sir化学侵权必
7、究ZnZn片CuCu片【思考】该原电池在工作中有何缺点？锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，会使部分化学能转化为热能造成能量损失，锌片表面也会析出铜从而阻碍反应进行，不能产生持续电流。理想中的电池特点？质量小、价廉、寿命长、反复使用、连续工作.3，单液原电池的缺点讨论:分析“锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减”的原因。1、氧化剂和还原剂直接接触，发生自放电。2、难以提供稳定、持续的电流。解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触现象：电流表指针不偏转原电池装置的改造【展】两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。为什么没有电流？该如何解决？盐桥资料卡片盐桥：装有含KCl饱和溶液的琼胶，
8、Cl-、K+可在其中自由移动。原电池装置的改造【思】【展】实验探究双液锌铜原电池有盐桥存在时，电流表指针偏转取出盐桥，电流表指针不再偏转ZnSO4溶液 CuSO4溶液ZnCuA随着时间的延续，能产生持续稳定的电流有盐桥存在为什么能产生持续稳定的电流？【思】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+几乎完全变成Cu。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Zn
9、SO4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。双液原电池 解决了电池自放电自放电的损耗问题，提高了能量转化率提高了能量转化率,增加了原电池的使用寿命。KClCl-e-ZnZn2+2+ZnZnCu2Cu4、双液原电池原理Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu发生氧化反应发生还原反应负极正极通常是装有含琼胶的KCl 饱和溶液。盐桥中的K、Cl是可以自由移动，琼胶的固定作用可以防止KCl溶液直接流出来。盐桥的作用：1、使整个装置构成通路，代替两溶液
10、直接接触。(离子通路）2、平衡电荷。（离子库，可以源源不断的供给需要的离子）盐桥【打破思维定势打破思维定势】氧氧化剂和还原剂化剂和还原剂不直接不直接接触接触也能发生反应。也能发生反应。5、隔膜型原电池“膜”的功能：分区但又允许离子通过。优点：1、阳离子交换膜：只允许阳离子通过高中常见的三种离子交换膜：2、阴离子交换膜：只允许阴离子通过3、质子交换膜：只允许H+通过电流大且稳定ZnSO4CuSO4ZnCu单液电池单液电池构造简单，构造简单，电流下降快电流下降快双液电池双液电池电流稳定电流稳定电流小电流小膜电池膜电池电流稳定，负极区溶电流稳定，负极区溶液含负极金属离子液含负极金属离子6、原电池原理
11、的应用（1）加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。例例如如，实实验验室室制制H2时时，由由于于锌锌太太纯纯，反反应应一一般般较较慢慢，可可加加入入少少量量CuSO4以加快反应速率。以加快反应速率。练习：下列制氢气的反应速率最快的是A、纯锌和1mol/L 硫酸；B、纯锌和18 mol/L 硫酸；C、粗锌和 1mol/L 盐酸；D、粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。（D）（2）比较金属的活动性强弱例如,有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中,观察到A极溶解,B极有气泡产生,则A为_极，B为_极，由原电池可知,金属活动性：_ _。负负正正BA有a、b、c
12、、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：由此可判断四种金属性的活动性顺序（）A.abcd B.bcda C.dabc D.abdcabbcdcdaC一般：负极一般：负极正极正极如要保护一个铁闸门，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池如要保护一个铁闸门，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的的_，铁闸门作，铁闸门作_。负极正极练习、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)（3 3）用于金属的防护）用于金属的防护（4）设计原电池例如：以例如：以2FeCl2FeCl3 3Cu=2FeClCu=2FeCl2 2CuClCuCl2 2为依
13、据，设计一个原电池。为依据，设计一个原电池。(1)(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别写出作原电将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别写出作原电池负极和正极电极反应式：池负极和正极电极反应式：负极：负极：_正极：正极：_Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(2)(2)确定电极材料确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作_【如如为气体为气体(如如H H2 2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如如PtPt、碳棒、碳棒)作作负极负极】。负极负极的电极材料活泼
14、性一般要比正极材料活泼。本例中可用的电极材料活泼性一般要比正极材料活泼。本例中可用_作负极，用作负极，用_作正极作正极。负极铜棒铂丝或碳棒(3)3)确定电解质溶液确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用_溶液作电解液溶液作电解液。FeClFeCl3 3特别提醒：特别提醒：设计设计原电池时原电池时,若氧化还原反应方程式中无明确的电解质溶液若氧化还原反应方程式中无明确的电解质溶液,可可用水作电解质用水作电解质,但为了增强其导电性但为了增强其导电性,通常加入强碱或强酸。如燃料电池通常加入强碱或强酸。如燃料电池,水水中一般要加入中一般要
15、加入KOHKOH或或HH2 2SOSO4 4。(4)(4)构成闭合回路：构成闭合回路：将电极用导线连接将电极用导线连接,使之构成闭合回路。使之构成闭合回路。随堂自测 5min P77BA-+负极区(ZnSO4溶液)Cu22e=CuC+-+-+-B-+-+-+O22H2O4e=4OH2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2Mg2H=Mg2H2Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O2FeO22H2O=2Fe(OH)2A B C DC2H2e=H2Zn6.3 g2eZnH2 m=0.165-0.12=6.3g 已知：已知：Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2（1）正负极分别是？）正负极分别是？（2）电子、电流、离子移动方向）电子、电流、离子移动方向（3）电极方程式）电极方程式（4）两极）两极pH如何变化如何变化（5）该电池有何优缺点）该电池有何优缺点缺点：贵、液体电解质容易漏液缺点：贵、液体电解质容易漏液优点：活泼性相差大，电势差大优点：活泼性相差大，电势差大（1）正负极分别是？）正负极分别是？（2）电子、电流、离子移动方向）电子、电流、离子移动方向（3）电极方程式）电极方程式（4）总反应式）总反应式（5）两极）两极pH如何变化如何变化（6）双极膜的作用）双极膜的作用