原电池(第一课时)

第四章第四章 电化学基础电化学基础第一节第一节 原原 电电 池池人教版选修人教版选修4 4 化学反应原理化学反应原理学习目标学习目标1、复习回忆原电池的形成。、复习回忆原电池的形成。2、进一步了解原电池的反应原理，、进一步了解原电池的反应原理，正确书写电极反应式。正确书写电极反应式。3、利用氧化还原反应原理设计了原、利用氧化还原反应原理设计了原电池。电池。复习回顾复习回顾1、原电池是、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将化学能转化为电能将化学能转化为电能氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应 2、如右图所示，组成的原电池：、如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀）当电解质溶液为稀H2SO4时：时：Zn电极是电极是_（填（填“正正”或或“负负”）极，）极，其电极反应为其电极反应为_，该反应，该反应是是_（填（填“氧化氧化”或或“还原还原”，下同）反应；，下同）反应；Cu电极是电极是_极，其电极反应为极，其电极反应为_,该反应是该反应是_反应。反应。（2 2 2 2）当电解质溶液为）当电解质溶液为）当电解质溶液为）当电解质溶液为CuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4溶液时：溶液时：溶液时：溶液时：ZnZnZnZn电极电极电极电极是是是是_极，其电极反应为极，其电极反应为极，其电极反应为极，其电极反应为_，该反应是该反应是该反应是该反应是_反应；反应；反应；反应；CuCuCuCu电极是电极是电极是电极是_极，极，极，极，其电极反应为其电极反应为其电极反应为其电极反应为_,_,_,_,该反应是该反应是该反应是该反应是_反应反应反应反应.负负Zn 2e-=Zn 2+氧化氧化正正2H+2e-=H2还原还原负负Zn 2e-=Zn 2+氧化氧化正正Cu2+2e-=Cu还原还原氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液失失e，沿导线传递，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+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式）离子方程式）（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电子流向：失电子的一极向得电子的一极电子流向：失电子的一极向得电子的一极电子流向：失电子的一极向得电子的一极电子流向：失电子的一极向得电子的一极电流方向：与电子流动方向相反电流方向：与电子流动方向相反电流方向：与电子流动方向相反电流方向：与电子流动方向相反稀硫酸稀硫酸FeCu稀硫酸稀硫酸5CuZn4稀硫酸稀硫酸CFeZnZnZnCu 请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。请分别判断下列装置是否能构成原电池，并说出理由。是原电池的指出正负极。是原电池的指出正负极。浓硝酸浓硝酸FeAl氯化铁氯化铁FeCuAlMg稀硫酸稀硫酸AlMgNaOH溶液溶液（1）有两种活动性不同的金属）有两种活动性不同的金属（或一（或一 种是非金属单质或金属氧化物）种是非金属单质或金属氧化物）作电极。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。（3）两极相连形成闭合电路。）两极相连形成闭合电路。（导线（导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液）连接或直接接触且电极插入电解质溶液）（4）能自发进行氧化还原反应。）能自发进行氧化还原反应。(本质条本质条件件)小结：组成原电池的条件小结：组成原电池的条件一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究 左图是原电池，如左图是原电池，如果用它做电源，不但效果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不流就很快减弱，因此不适合实际应用适合实际应用。这是什这是什么原因造成的呢？有没么原因造成的呢？有没有什么改进措施？有什么改进措施？看课本看课本看课本看课本P71P71第二段第二段第二段第二段将锌片与硫酸铜溶液隔离将锌片与硫酸铜溶液隔离硫酸锌溶液硫酸锌溶液硫酸铜溶液硫酸铜溶液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？把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，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，就可以获得电流再以适当的方式连接起来，就可以获得电流再以适当的方式连接起来，就可以获得电流再以适当的方式连接起来，就可以获得电流 为了避免发生这种现象，设计如下图为了避免发生这种现象，设计如下图（书（书P71图图4-1）所示的原电池装置，你能解）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？释它的工作原理吗？盐桥中通常装有含琼胶盐桥中通常装有含琼胶的的KClKCl饱和溶液饱和溶液此装置优点：能稳定长此装置优点：能稳定长时间放电时间放电盐桥在此的作用是什么？盐桥在此的作用是什么？改进后的装置为什改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？么能够持续、稳定的产生电流？阅读教材阅读教材72页第三段页第三段得出结论得出结论盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）使整个装置构成通路，代替两溶液直）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触接接触。（2）平衡电荷。）平衡电荷。（让溶液始终保持电中性使电让溶液始终保持电中性使电极反应得以继续进行）极反应得以继续进行）在整个装置的电流回路中，溶液中的电在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是流通路是靠离子迁移完成靠离子迁移完成的。的。ZnZn失去电子形失去电子形成的成的ZnZn2+2+进入进入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，ZnSOZnSO4 4溶液因溶液因ZnZn2+2+增增多而带正电荷。同时，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-相对较多而带负电荷。溶液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。由于盐桥（如由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中阴离）的存在，其中阴离子子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 4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，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溶液反应产生沉淀，可用溶液反应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。上述原电池装置是将什么反应的化学能转换上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。负极（锌片）：负极（锌片）：Zn 2e -=Zn 2+（氧化反应）（氧化反应）正极（铜片）：正极（铜片）：Cu2+2e -=Cu （还原反应）（还原反应）电池反应（电池反应（总化学方程式总化学方程式）：）：Zn+Cu2+=Zn 2+Cu 电池符号电池符号：Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极负极 盐桥盐桥 正极正极二、由两个半电池组成原电池的工作原理二、由两个半电池组成原电池的工作原理（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。正极，正极从外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路过阴阳离子的定向运动而形成内电路。（2）原电池的正负极的判断方法）原电池的正负极的判断方法 微观判断微观判断（根据电子（根据电子流动方向）流动方向）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负极负极正极正极宏观判断宏观判断：根据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负极负极正极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：质量增加的电极质量增加的电极工作后工作后:质量减少的电极质量减少的电极正极正极负极负极工作后，有气泡冒出的电极为正极工作后，有气泡冒出的电极为正极（3）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（电池的电极必须导电）（电池的电极必须导电）电解质溶液一般要能够与负极发生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烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应解质溶液应 与电极材料具有相同的阳与电极材料具有相同的阳离子。离子。1、根据氧化还原反应电、根据氧化还原反应电子转移判断子转移判断电极反应电极反应。2、根据电极反应确定合、根据电极反应确定合适的适的电极材料电极材料和和电解质电解质溶液溶液 原电池的设计原电池的设计 利用利用Fe+Cu2+=Fe2+Cu，设计设计一个原电池一个原电池.CuFeCuSO4FeSO4化合价升高化合价升高 失失2e-化合价降低化合价降低 得得2e-思考讨论：思考讨论：利用此利用此氧化还原氧化还原反应来设计原电池，反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图写出电极反应式。并画出装置图（Cu+2 FeCl3=CuCl2+2FeCl2）化合价降低得化合价降低得2e-Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+化合价升高失化合价升高失2e-CuCCuCl2FeCl3装置图装置图离子方程式离子方程式Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+1、下列装置中电流表指针会发生偏转的、下列装置中电流表指针会发生偏转的是（是（）32、锌铜原电池产生电流时，阳离子、锌铜原电池产生电流时，阳离子（）A 移向移向Zn 极，阴离子移向极，阴离子移向Cu 极极B 移向移向Cu 极，阴离子移向极，阴离子移向Zn 极极C 和阴离子都移向和阴离子都移向Zn极极D 和阴离子都移向和阴离子都移向Cu 极极B3、把、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四种金上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为属的活动性顺序由强到弱的为()Aa b c d Ba c d b Cc a b.d Db d c a B4、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，溶液，片刻后可观察到的现象是片刻后可观察到的现象是A.铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状态保持平衡状态C.铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D.银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜DCu+2 AgNO3=Cu(NO3)2 +2Ag化合价升高失化合价升高失2e-化合价降低得化合价降低得2e-电极：负极是电极：负极是Cu，正极可以是，正极可以是Ag或或C等。等。电极反应式：电极反应式：负极：负极：Cu 2e-=Cu2+正极：正极：2Ag+2e-=2 Ag电解液：电解液：Cu(NO3)2、AgNO3 5、利用下面反应设计原电池选择电极材料和电、利用下面反应设计原电池选择电极材料和电解质溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意解质溶液，写出电极方程式；并画出原电池简意图。图。CuCCu(NO3)AgNO3MgAl稀稀H2SO4原电池：原电池：负极（负极（Mg）：）：Mg-2e-=Mg2+（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（氧化反应）反应）正极（正极（Mg）：）：6H2O+6e-=3H2+6OH-（还（还原反应）原反应）电池反应：电池反应：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2