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第四章第四章 电化学基础电化学基础 第一节第一节 原电池原电池火力发火力发电过程电过程化化学学能能 机机械械能能发电机发电机燃烧燃烧蒸汽蒸汽电电能能热热能能火力发电有哪些弊端呢？火力发电有哪些弊端呢？(氧化还原反应氧化还原反应)可可燃燃物物 火力发电虽然是我国的主要供电方式火力发电虽然是我国的主要供电方式,但从上面但从上面分析可知，火力发电机械设备复杂分析可知，火力发电机械设备复杂,能效不高，污染能效不高，污染较大，且是不可再生能源，很显然不符合较大，且是不可再生能源，很显然不符合“科学发科学发展观展观”的基本要求。的基本要求。必须通过一必须通过一定的装置定的装置电化学电化学：指研究化学能与电能指研究化学能与电能 之间相互转换的之间相互转换的装置、装置、过程过程和和效率效率的科学。的科学。过过程程及及装装置置分分按按电电化化学学反反应应2.借助电流而发生反应及装置借助电流而发生反应及装置(如如:电解池电解池)1.产生电流的化学反应及装置产生电流的化学反应及装置(如如:原电池等原电池等)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蛙抽搐现象。在做青蛙的解剖实验时发现有青蛙抽搐现象。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形形色色的电池形形色色的电池 新华社伦敦新华社伦敦3 3月月1212日电日电 英国锡里斯电力公英国锡里斯电力公司成功研制出司成功研制出功率为功率为1千瓦的环保燃料电池，千瓦的环保燃料电池，可可以充当家用以充当家用“电站电站”，为普通家庭提供电力和热，为普通家庭提供电力和热水。这种新型燃料电池可以制造成体积非常小，水。这种新型燃料电池可以制造成体积非常小，甚至可以握在掌心里。这是电池世界的又一创举！甚至可以握在掌心里。这是电池世界的又一创举！中国环境报中国环境报消息消息:2006年年3月月12日，日，英国成功研制出微型家用英国成功研制出微型家用“电站电站”在在CuSOCuSO4 4溶液中放入一片溶液中放入一片ZnZn，将发生，将发生下列氧化还原反应：下列氧化还原反应：Zn(s)+CuZn(s)+Cu2+2+(aq)=Zn(aq)=Zn2+2+(aq)+Cu(s)(aq)+Cu(s)1 1、原电池、原电池 这时电子直接从这时电子直接从ZnZn原子传递给原子传递给CuCu2+2+，使，使CuCu2+2+在在ZnZn片上还原而析出金属片上还原而析出金属CuCu，同时，同时ZnZn氧化为氧化为ZnZn2+2+，进入溶液。这个反应同时有热量放出，这，进入溶液。这个反应同时有热量放出，这是化学能转化为电能的结果，但对外得不到电是化学能转化为电能的结果，但对外得不到电流。流。实验实验4-1 注意实验装置及现象注意实验装置及现象（2 2）铜片上有铜析出，）铜片上有铜析出，锌片不断溶解；锌片不断溶解；（1 1）电流表发生偏转；）电流表发生偏转；（3 3）取出盐桥，指针回零点。）取出盐桥，指针回零点。1 1、原电池、原电池锌铜原电池装置示意图锌铜原电池装置示意图Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2SO42SO42CuZneeeeee电子SO42Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42+-Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2SO42SO42Zn2CuZneeeeee电子Zn2Cu2SO42SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2+-CuZneeeeeeCu2Cu2Cu2SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2SO42SO42Zn2Zn2电子Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42+-Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeeeZn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42+-Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeeeZn2Zn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2Cu2+-SO42SO42SO42Cu2SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeeZn2Zn2Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42+-CuZneeeeeeSO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2电流计发生偏转Zn2Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeeeZn2Zn2Zn2电流计发生偏转Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeeeZn2Zn2Zn2电流计发生偏转Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeZn2eeeeZn2Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeZn2eZn2eeeeZn2Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeZn2eeZn2eeZn2Zn2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeZn2Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeeeZn2Zn2Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42Zn2Cu2+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeeeeZn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42Zn2SO42SO42Cu2Cu2Cu2Cu2+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeZn2eZn2eeeeZn2Zn2SO42SO42Zn2Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42Zn2SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeZn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42SO42SO42SO42Cu2Cu2Cu2Cu2+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeZn2eZn2eeeeeZn2Zn2Zn2SO42SO42Zn2Zn2Cu2Cu2Cu2Cu2SO42SO42Zn2SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeeeZn2Zn2SO42SO42Zn2Zn2Zn2Cu2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeeZn2eZn2eeeeZn2Zn2SO42SO42Zn2Zn2Zn2Cu2Cu2SO42SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeZn2Zn2SO42SO42Zn2Zn2Zn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeZn2Zn2SO42SO42Zn2Zn2Zn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeZn2Zn2SO42SO42Zn2Zn2Zn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2CuZneeeZn2Zn2Zn2eeeeeeeZn2Zn2SO42SO42Zn2Zn2Zn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42CuZnSO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42+-SO42SO42SO42SO42SO42CuZnSO42SO42SO42SO42SO42Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2Zn2SO42SO42SO42SO42SO42+-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（内部条件）内部条件）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？OVXVVXXXVV思考与练习思考与练习电池反应：电池反应：Zn+CuZn+Cu2+2+=Cu+=Cu+ZnZn2+2+（离子方程式）（离子方程式）Zn+CuCuSO4=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，从而使电子不断内部闭合回路，从而使电子不断从从Zn极流向极流向Cu极。极。（1）电解质溶液一般要能够与负）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的电解质溶液应 与电极材料与电极材料具有相同的阳离子。具有相同的阳离子。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)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下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（活泼性强的是（）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；C8、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 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.A.纯锌和纯锌和1mol/L 1mol/L 硫酸；硫酸；B.B.纯锌和纯锌和18 mol/L 18 mol/L 硫酸；硫酸；C.C.粗锌和粗锌和 1mol/L 1mol/L 盐酸；盐酸；D.D.纯锌和纯锌和1mol/L 1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSOCuSO4 4溶液。溶液。D 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，片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是顺序是(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 化学化学电池的池的组成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
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