1、第四章 电化学基础,第一节 原 电 池,会理县实验中学 王宗菊,1.,本节要点,构成原电池的条件？,3.,原电池的工作原理？,什么是原电池？,4.,原电池的正负极和电子流向如何判断？,2.,阅读材料 1780年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验： 实验1: 用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。 实验2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐. 他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的“生物电”是导致抽搐的原因。1791年，伽伐尼发表了论肌肉中的生物电论文，引起广泛关注。,善于质疑的意
2、大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿和铜器或铁器接触时才发生抽搐？他做了如下实验： 实验1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接触，蛙腿抽搐. 实验2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动. 伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，认为要有两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿才会抽搐。,由此,伏打加以研究,于1799年发明了世界上第一个电池伏打电池即原电池,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。,实验探究,请根据反应： Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 分析该反应氧化剂、还原剂及电子转移情况和
3、现象及反应快慢。,CuSO4,一、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）,结论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,电流表指针发生偏转吗？两个电极上及溶液都有什么现象？换成H2SO4现象又如何？,该装置是否构成原电池？电流表指针发生偏转吗？铜电极上有什么现象？,实验探究1,实验探究2,指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片质量增加，溶液颜色变浅速度较快。,是原电池，指针不偏转，铜极增重。,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成条件一：活泼性不同的两个电极,负极：较活泼的金属。（一定吗？）正极：较不活泼的金属、石墨等,判断下列哪些装
4、置能构成原电池。为什么？,形成条件二：电极需插进电解质溶液中；,形成条件三：必须形成闭合回路,（可以）,（不可以）,（可以）,（不可以）,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e，沿导线传递，有电流产生,还原反应,Cu2+2e- =Cu,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,Cu2+2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,(离子方程式）,（化学方程式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,阳离子,原 电 池 原 理,外电路,内电路,回顾旧知1、原电池 的装置。原电池反应的本质是发生_ _反
5、应。2、原电池的构成条件：3、原电池正、负极规律 负极电子 的极。通常是活泼性 的金属，发生 反应正极电子 的极。通常是活泼性 的金属或非金属导体，发生 反应,流出,较强,氧化,流入,较弱,还原,有两种活泼性不同的金属（或其中一种为非金属导体）电解质溶液构成闭合回路能自发地发生氧化还原反应,将化学能转变为电能,氧化还原,电流表指针发生偏转吗？指针稳定吗？两个电极上都有什么现象？效率高吗？,电流表指针发生偏转，但不稳定。放电时间短效率低，两个电极上都有红色物质生成,思考：如何才能得到持续稳定的电流？将锌片与铜片隔离。,分析： 由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，
6、进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。,硫酸锌溶液,硫酸铜溶液,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？,盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液,此装置优点：能稳定长时间放电,工作原理,外电路：Zn失去电子沿导线通过电流表进入 铜片内电路： Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液，使ZnSO4溶液因Zn2+增加而带正电，盐桥中的Cl会移向ZnSO4溶液；同时Cu2+获得电子成为金属沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因SO42相对增加而带负电，盐桥中的K+移向CuSO4溶液，
7、从而形成闭合回路。,将化学能转变为电能的装置,1.组成两个半电池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。,盐桥的作用,让溶液始终保持电中性代替两溶液直接接触使两个烧杯中的溶液连成一个通路,盐桥：饱和 KCl 溶液(以琼 胶制作成冻胶),原电池,二、电极反应式的判断和书写,（1）. 原电池两极的判断：若给出装置则与电解液反应的一极为负极，若给出总反应方程式则分析反应中有关物质元素化合价的变化，确定原电池的正极和负极。（2）书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极反应联系在一起考虑，它们具有加和性：化学反应方程式=正极反应方程式+负极反应方程式。（3）. 在原电池反应中，必须遵循
8、得失电子守恒。（4）. 介质参与电极反应的原则：原电池的两极反应若均在一定介质中进行，介质常常参与电极反应。在酸性介质中，H+可能反应，在碱性介质中，OH可能反应。,判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,Cu C,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,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
9、反应方程式：电极与电解液反应的方程式,负极：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O,负极总反应： 2Al +8OH- 6e 2AlO2- + 4H2O,正极：总反应负极反应,6H2O 6e 6OH 3H2,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
10、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- 4 H,O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,三、原电池的设计,（一）负极参与的电池：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（二）两极均不参与电池：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
11、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 +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+设计成原电池。你有哪些可行方案?,Cu Cu 2e- = 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
12、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。,四、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18 mol/L 硫酸；,C.,粗
13、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：,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：,y 0.015 (mol),x 0.015 (mol),3.75 10 4(mol/L ),pH -lg3.75 104,4 -lg3.75
14、,答：,0.015,根据电极反应：,正极：,负极：,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y 0.168,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：,
