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第四章电化学基础,4-1原电池,1780年，伽伐尼(Galvani,L.)青蛙抽搐实验。,原电池的雏形,理论解释：生物电观点！,（意大利生物学家伽伏尼）,伏打对生物电观点的质疑（Volta,A.1745-1827）,1800年建立伏打电堆模型。,伏打电池是实用电池的开端。,普通干电池,手机电池,钮扣电池,笔记本电脑专用电池,摄像机专用电池,“神六”用太阳能电池,一、实验探究：原电池工作原理,交流研讨,1为什么装置中的铜片上会有气泡出现呢？该现象和铜片与稀硫酸不反应的结论相矛盾吗？2铜片上的电子从哪来？3锌片的质量有无变化？溶液中c(H+)如何变化？4写出锌片和铜片上变化的离子方程式。5电流表中指针发生偏转说明有电流通过，这又证明了什么呢？6根据物理知识，判断上述原电池的正负极。,交流研讨,Cu,Zn,为什么H+在铜片上得到电子，而不是在锌片上得到电子？溶液中阴阳离子分别向哪一个电极运动？,Zn2+,负极,正极,静电斥力,静电引力,交流研讨,条件一原电池的电极材料,结论一,有两种活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体）做电极，较活泼的金属为负极，较不活泼的金属（碳棒）为正极,A,B,铜锌原电池,条件二溶液的性质,结论二,两个电极插入电解质溶液中。,两个电极插入电解质溶液中。,C,铜锌原电池,稀硫酸,Zn,稀硫酸,Cu,条件三线路的连接,结论三,两个电极用导线相连构成闭合回路。,D,铜锌原电池,Cu,Zn,稀硫酸,Zn2+,H+,H+,灯泡,等效电路,原电池的正负极判断,交流研讨,正极负极,电流流向,电子流向,负极：电子流出的一极正极：电子流入的一极,归纳总结,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极.,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,1、原电池是如何构成的？,用_连接_极板插入_中。,在原电池中，_金属极板发生氧化反应，电子经导线从_金属一极流向_金属极板，溶液中易得到电子的_在不活泼的金属极板发生_。在原电池中，相对活泼的金属为_极，相对不活泼的金属(或石墨电极)为_极。上述原电池发生的反应是：在锌电极(负极)：_在铜电极(正极)：_电子流方向：电子流从原电池的_经导线流向_。溶液中离子运动方向：阳离子向_运动，阴离子向_运动。电流方向：电流从原电池的_经导线流向_。再从_经内电路流向_，从而形成闭合回路。,你知道了吗？,2、原电池是如何工作的？,导线,两块活动性不同的金属,电解质溶液,较活泼,较活泼,较不活泼,阳离子,还原反应,负,正,Zn-2e-=Zn2+,负极,正极,正极,负极,正极,负极,负极,正极,1、请你根据化学反应:Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,CuC,FeCl3溶液,2、请判断右边原电池的正、负极.,A,NaOH溶液,MgAl,负极：Cu-2e=Cu正极：2Fe+2e=2Fe,-2+,3+-2+,提示：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,稀硫酸溶液,学以致用,3.下列说法中正确的是（）A.原电池是把的装置B.原电池中电子流出的一极是，发生氧化反应C.原电池两极氧化反应和还原反应D.原电池中的阳离子向正极移动,D,化学能转化为电能,电能转化为化学能,正极,负极,均发生,分别发生,学以致用,4.将锌片和铜片用导线连接置于稀硫酸中,下列说法正确的是()A锌片的质量逐渐B电流方向是从铜片向锌片CH+在铜片表面被D极附近SO42-浓度逐渐增大,B,增大,减小,还原,氧化,正,负,学以致用,5.X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如下图所示:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为_,ZYXW,学以致用,提出问题：上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？,造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。,二、对锌铜原电池工作原理的进一步探究,为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图4-1）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？,此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。,盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。,实验三（书71页实验4-1）,实验探索,实验现象：,分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？,参考教材72页第三段,有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。,盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,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+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,（2）平衡电荷。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ZnSO4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。,请同学们思考：,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，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。,ZnSO4溶液CuSO4溶液,负极（锌片）：Zn2e-=Zn2+（氧化反应）,正极（铜片）：Cu2+2e-=Cu（还原反应）,电池反应（总化学方程式）：Zn+Cu2+=Zn2+Cu,电池符号：ZnZnSO4CuSO4Cu负极盐桥正极,（一）对锌铜原电池工作原理的进一步探究,（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，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。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。,练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（）A移向Zn极，阴离子移向Cu极B移向Cu极，阴离子移向Zn极C和阴离子都移向Zn极D和阴离子都移向Cu极,B,判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,CuC,FeCl3溶液,负极：Cu失电子Cu-2e-=Cu2+正极：Fe3+得电子2Fe3+2e-=2Fe2+,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,先写出总反应：即负极与电解质溶液反应,拆成离子方程式：,Cu+2Fe3=Cu2+2Fe2,根据化合价升降判断正负极,三、电极方程式的书写,1.简单原电池电极方程式的写法,请写出右边原电池的电极方程式。,总反应方程式：,负极：Al，失e-2Al-6e2Al3+,2Al3+8OH-=2AlO2-+4H2O,负极总反应：2Al+8OH-6e2AlO2-+4H2O,正极：总反应负极反应,6H2O6e6OH3H2,拆成离子方程式：,2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2,根据化合价升降判断正负极,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,2.燃料电池电极方程式的写法总反应：实际上就是燃料的完全燃烧。负极（通入燃料）：为燃料失去电子的氧化反应，正极（通入氧化剂）：为氧化剂得到电子的还原反应。以Pt为电极，电解质溶液为KOH溶液的氢氧燃料电池为例,负极总反应:2H2-4e-+4OH-4H2O,正极:总反应负极反应,总反应：2H2+O22H2O,负极:H2失e,4H+4OH-4H2O,2H2-4e-4H,O2+2H2O+4e-4OH-,3.复杂原电池电极方程式的书写方法点拨：写电极方程式的时候，要根据“得电子显负电；失电子显正电”的原则，利用“电荷守恒”，通过巧用H、OH和水写出电极方程式,PbSO422e2PbSO4,正极：PbO2得电子,4H2H2O,正极：PbO2SO422ePbSO4,银锌电池（电解质为KOH）的电池总反应为：ZnAg2OZnO2Ag写出其正、负极反应。,Zn2eZnO,2OHH2O,Ag2O2e2Ag,H2O2OH,负极：,正极：,四、原电池的设计,活泼性不同的两种金属。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化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt,（电池的电极必须导电）,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。,请根据氧化还原反应:Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+设计成原电池。你有哪些可行方案?,CuCu2e-=Cu2+,比Cu不活泼的金属或石墨2Fe3+2e-=2Fe2+,Fe2(SO4)3、FeCl3等,负极：正极：电解质溶液：,练一练,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。,1.利用原电池原理设计新型化学电池；,2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；,3.进行金属活动性强弱比较；,4.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。,五、原电池的主要应用：,5.解释某些化学现象,(1)比较金属活动性强弱。,例1：,下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是,C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；,A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；,B.在氧化还原反应中，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；,（C）,原电池原理应用：,(2)比较反应速率,例2：,下列制氢气的反应速率最快的是,粗锌和1mol/L盐酸；,B.,A.,纯锌和1mol/L硫酸；,纯锌和18mol/L硫酸；,C.,粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D.,（D）,原电池原理应用：,(3)比较金属腐蚀的快慢,例3：,下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,(5),(2),(1),(3),(4),原电池原理应用：,例4：,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),(4)判断溶液pH值变化,例5：,在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4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0.168L升气体，则流过导线的电子为mol,溶液的pH值变_？（溶液体积变化忽略不计）,0.2,解得：,y0.015(mol),x0.015(mol),3.75104(mol/L),pH-lg3.75104,4-lg3.75,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,得：,2222.4,xy0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+2eH2,大,0.015,原电池原理应用：,(5)原电池原理的综合应用,例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启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，会发现有大量铁锈存在。“热敷袋”是利用放出热量。2)炭粉的主要作用是。3)加入氯化钠的主要作用是。4)木屑的作用是。,铁被氧化,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,使用“热敷袋”时受热均匀,原电池原理应用：,拓展练习（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。两极反应式为：正极；负极。该装置将能转化为能。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为，总反应方程为。,镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；,2H+2e=H2,Mg2e=Mg2+,化学能,电能,Al,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,小结,定义:,（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理,原电池,把化学能转化成电能的装置。,2、原电池的工作原理较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。,（2）形成原电池的条件,（3）原电池的正负极的判断方法,（4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）,B,燃料电池两极材料可以同是石墨,正极也可以放出H2,正极不参与化学反应,当堂检测,B,当堂检测,B,活泼的为负极,阳离子移向正极,Zn在负极上失电子,当堂检测,解析：Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中时，Al比Cu活泼，Al为负极，失电子被氧化为Al3，Cu为正极，溶液中的H得电子被还原为H2。,解析：Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中时，由于铝钝化，不能溶解，Al为正极，Cu为负极，Cu失电子被氧化为Cu2。,2Al6e=2Al3(或Al3e=Al3),负极,6H6e=3H2(或2H2e=H2),正极,2NO3-4H2e=2NO22H2O,能,正极,Cu2e=Cu2,负极,当堂检测,
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