1、第 4 章 电化学基础 第一节 原电池 学习目标 1了解原电池的工作原理。 2能表示电极反应式和电池反应方程式。 3能设计原电池装置。 学习重点：原电池原理及构成条件；原电池电极反应方程式的书写； 学习难点：原电池电极反应方程式的书写 自主预习： 感悟教材 学与思 一、原电池 原电池装置，是借助 将 能转化为 能的装置。 a 是 极，b 是 极，外电路电子由 电极通过导线流向 电极，请分别写出 电极反应式和总反应方程式： a 极： ；b 极： ； 总反应方程式： 。 问题探究 1：盐桥内盛放的是什么物质？其作用是什么？ 二、原电池工作原理 1原电池工作原理是把 反应分开进行，还原剂在 极上失去
2、电子发生 反应，电子通过导线流向 极，氧化剂在 极上得到电子发生 反应。 2原电池形成的条件 (1) 电极，其中一个相对来说较活泼，另一个相对来说较不活泼。 (2) 溶液。 (3)形成 。 (4)能自发地发生 反应。 3原电池电极及电极反应特点 (1) 极为电子流出极，相对活泼。通常是活动性较强的金属或某些还原剂，电极被 ，发生 反应。 (2) 极为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般 是电解质溶液中的氧化性较强的离子被还原或电极上附着物本身被 ，发生 反应。 问题探究 2：如何判断一个装置是否是原电池？ 互动课堂 ：核心突破 导与练 要点一 原电池的判定 先分析有
3、无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依 据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：一看电极两极为导体且存在活泼性 差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)。二看溶液 两极插入电解质溶液中。三看回路 形成闭合回路或两极直接接触。四看本质 有无自发的氧化还原反应发生。 特别提醒： 多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池 可看做电解池。 例 1 如图所示的番茄水果电池中外电路上的电流 从电极 X 流向(A 线所连接的电极)电极 Y(B 线所连 接的电极)，若 X 为铁，则 Y 可能是( ) A镁 B铜 C石墨 D铂 变式训练：一个原 电池反应的
4、离子方 程式是 ZnCu 2 =Zn2 Cu，该原电池的正 确组成是( ) 要点二 原电池正负极的判断方法 1.由组成原电池的两极材料判断 较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。 2根据电流方向或电子流向判断 外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。 3根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断 在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 4根据原电池中两极发生的反应判断 原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则 A B C D 正极 Zn Cu Cu Zn 负极 Cu Zn Zn Cu 电解质溶液 CuCl2 H2S
5、O4 CuSO4 CuCl2 可根据化合价升降来判断。 5根据电极质量的变化判断 原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极， 活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。 6根据电极上有气泡产生判断 原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出 H2的反应， 说明该电极为正极，活动性较弱。 7根据某电极(X)附近 pH 的变化判断 生成 H2或吸收 O2电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的 pH 增大，因而原电 池工作后，X 极附近的 pH 增大了，说明 X 极为正极，金属活动性较弱。 例 2 有甲
6、、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片和铝 片作电极，但甲同学将电极放入 6mol/L 的 H2SO4溶液中，乙同学将电极放入 6mol/L 的 NaOH 溶液中，如图： 下列关于电极的判断正确的是( ) A甲中镁作负极，乙中镁作负极 B甲中镁作负极，乙中铝作负极 C甲中铝作正极，乙中铝作正极 D甲中镁作正极，乙中铝作正极 变式训练：如图是 Zn 和 Cu 形成的原电池，某实 验 兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下：在卡片上，描述合理的是( ) A B C D 要点三 原电池原理的应用 1.加快氧化还原反应的速率 如：在锌与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4溶液
7、能使产生 H2的速率加快。 2寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源。 3比较金属活动性强弱 如：有两种金属 a 和 b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到 a 极溶解，b 极上有气泡 NO：28 Date：2012.10.28 实验后的记录： Zn 为正极，Cu 为负极。 H 向负极移动。 电子流动方向 ZnCu。 Cu 极上有 H2产生。 若有 1mol 电子流过导线，则产生 H2为 0.5mol。 正极的电子反应式为：Zn2e =Zn2 。 产生。根据电极现象判断出 a 是负极，b 是正极，由原电池原理可知，金属活动性 ab。 4用于金属的防护 如要保护一个铁闸。可用导线将其与一锌块相连，使
8、锌作原电池的负极，铁闸作正极。 5设计化学电池 例如：以 2FeCl3Cu=2FeCl 2CuCl 2为依据，设计一个原电池。 (1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电 极反应式。负极：Cu2e =Cu2 正极：2Fe 3 2e =2Fe2 (2)确定电极材料：如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体 (如 H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如 Pt、碳棒)作负极。 发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳 棒作正极。 (3)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
9、 FeCl3溶液作电解液。 (4)构成闭合回路。 注：设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了 增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸。如燃料电池，水中一般要加入 KOH 或 H2SO4。 例 3 由 A、B、C、D 四种金属按下表中装置图进行实验。 装置 现象 二价金属 A 不断溶解 C 的质量增加 A 上有气泡产生 根据实验现象回答下列问题： (1)装置甲中负极的电极反应式是_。 (2)装置乙中正极的电极反应式是_。 (3)装置丙中溶液的 pH_(填“变大” “变小”或“不变”)。 (4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_。 变式训练：有 A、B、C、D 四
10、种金属，将 A 与 B 用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B 不 易腐蚀。将 A、D 分别投入等浓度的盐酸中，D 比 A 反应剧烈。将铜浸入 B 的盐溶液里，无 明显变化。如果把铜浸入 C 的盐溶液里，有金属 C 析出。据此，判断它们的活动性由强到 弱的顺序是( ) ADCAB BDABC CDBAC DBADC 要点四 原电池的改进盐桥 1.改进的原电池 盐桥原电池 (如图) 原电池由两个半电池组成，在铜锌原电池中，锌和锌盐溶液组成锌半电池，铜和铜盐溶液 组成铜半电池，中间通过盐桥连接起来。 (1)盐桥中装有饱和 KCl 溶液和琼脂制成的胶冻，防止导管中溶液流出。 (2)盐桥的作用：a.使整
11、个装置构成闭合回路，避免两溶液直接接触；b.盐桥中阳离子移向 正极区，阴离子移向负极区，使两溶液保持电中性，从而使氧化还原反应持续进行。 (3)盐桥原电池告诉我们，一个原电池可以看成两个半电池，负极是还原性较强的物质，向 外电路提供电子，发生氧化反应；正极是氧化性较强的物质，从外电路得到电子，发生还 原反应。外电路：电子由负极流向正极，内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，内 外电路形成闭合回路。 2优点：使原电池中氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同区域之间实现了电子的定向 移动，使原电池能持续、稳定地产生电流。 3该原电池的两个半反应：锌半电池：Zn2e =Zn2 ；铜半电池：Cu 2
12、2e =Cu。 例 3 根据氧化还原反应：ZnFe 2 =Zn2 Fe，设计一个带盐桥的原电池，注明电极及外 电路电子流向，书写电极反应。 易错点某种氢氧燃料电池的电解液为 KOH 溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是( ) A正极反应式为：O 22H 2O4e =4OH B工作一段时间后，电解液中的 KOH 的物质的量不变 C该燃料电池的总反应方程式为：2H 2O 2=2H2O D该电池中通 H2 的电极为正极 成功体验 ： 演练提升 测与评 1某原电池的离子方程式是 ZnCu2=Zn2 Cu，该原电池正确的组成是( ) 正极 负极 电解质溶液 A Cu Zn HCl B Zn Cu CuS
13、O4 C Cu Zn CuSO4 D Cu Zn ZnCl2 2下列反应可用于设计原电池的是( ) AH 2SO42NaOH=Na 2SO42H 2O B2FeCl 3Fe=3FeCl 2 CMg 3N26H 2O=Mg(OH)22NH 3 DNaClAgNO 3=NaNO3AgCl 3在盛有稀 H2SO4 的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( ) A正极附近的 SO 离子浓度逐渐增大 B电子通过导线由铜片流向锌片24 C正极有 O2逸出 D铜片上有 H2逸出 4下列各组金属均用导线相连，并插入对应液体中，其中不能组成原电池的是( ) AZn|H 2SO4(稀)|C BCu|
14、AgNO 3(aq)|Ag CZn|CCl 4|Cu DCu|FeCl 3(aq)|C 5将 Fe 片和石墨用导线相连，一组插入稀 H2SO4中，一组插入 FeCl3的溶液中，分别形成 了原电池。 (1)这两个原电池中，正极分别是_。 A石墨、石墨 B石墨、Fe 片 CFe 片、Fe 片 DFe 片、石墨 (2)写出插入稀 H2SO4中形成原电池的正极反应式(离子方程式)_ _。 (3)写出插入 FeCl3溶液中形成原电池的电池总反应式(同上)_ _。 6氢氧燃料电池是一种高效能、低污染的新型电池，主要用于航天领域，它的电极材料一 般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液一般为 40% 的 KOH 溶液，写出电极反应式：_。 7控制适合的条件，将反应 2Fe3 2I 2Fe2 I 2 设计成如下图所示的原电池。下列 判断不正确的是( ) A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B反应开始时，甲中石墨电极上 Fe3 被还原 C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D电流计读数为零后，在甲中溶入 FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
