1、第四章 電化學基礎,安陸一中化學組,2020/9/23,第一節(jié) 原電池,1、電化學： 2、從反應產(chǎn)物與電流的關系分類：,閱讀教材P70 回答,研究化學能與電能相互轉換的裝置、過程和效率的科學,產(chǎn)生電流的反應原電池,借助電流而發(fā)生的反應電解池,復習回顧,1、原電池是_的裝置。 原電池反應的本質是_反應。,將化學能轉化為電能,氧化還原反應,2、如右圖所示，組成的原電池： （1）當電解質溶液為稀H2SO4時： Zn電極是_（填“正”或“負”）極， 其電極反應為_，該反應 是_（填“氧化”或“還原”，下同）反應； Cu電極是_極，其電極反應為 _,該反應是_反應。,（2）當電解質溶液為CuSO4溶液時

2、： Zn電極 是_極，其電極反應為_， 該反應是_反應；Cu電極是_極， 其電極反應為_,該反應是_反應.,負,Zn2e- = Zn2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2,還原,負,Zn2e- =Zn2+,氧化,正,Cu2+ +2e- = Cu,還原,氧化反應,Zn-2e=Zn2+,銅鋅原電池,電解質溶液,失e，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生,還原反應,Cu2+2e- =Cu,陰離子,陽離子,總反應：,負極,正極,Cu2+2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,(離子方程式）,電極反應,正極：,負極：,（氧化反應）,（還原反應）,陽離子,原 電 池 原 理,外電路,內(nèi)

3、電路,與原電池相關的概念,1.電路：,外電路,內(nèi)電路,電子流向：失電子的一極向得電子的一極,電流方向：與電子流動方向相反,陰離子流動方向與電子流動方向一致,陽離子流動方向與電流方向一致,2.電極：,正極：電子流入的一極,負極：電子流出的一極,3.電極反應式：,正極： 2H+ 2e- H2,負極： Zn2e- Zn2+,4.總反應式：,Zn+ 2H+ Zn2+ + H2,鋅銅原電池工作原理,提出問題： 上圖是我們在必修2中學習過的將鋅片和銅片置于稀硫酸 的原電池，如果用它做電源，不但效率低，而且時間稍長 電流就很快減弱，因此不適合實際應用。這是什么原因造 成的呢？有沒有什么改進措施？,造成的主要

4、原因：由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內(nèi)阻，使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。,一、對鋅銅原電 池工作原理的進一步探究,為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設計如下圖（書P71圖4-1）所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？,優(yōu)點：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。,鹽橋制法：1)將熱的瓊膠溶液倒入U形管中(注意不要產(chǎn)生裂隙)，將冷卻后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的飽和溶液中即可。2)將KCl或NH4NO3的飽和溶液裝入U形管，用棉花堵住管口即可。,實驗三（書71頁實驗4-1）,實驗探索,實驗現(xiàn)象：,分析：改進后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流？鹽橋在此

5、的作用是什么？,參考教材72頁 第三段,有鹽橋存在時電流計指針發(fā)生偏轉，即有電流通過電路。 取出鹽橋，電流計指針即回到零點，說明沒有電流通過。,鹽橋的作用： （1）使整個裝置構成通路，代替兩溶液直接接觸。,由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴散和遷移，陽離子K+則向CuSO4溶液擴散和遷移，分別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用不間斷地進行，一直到鋅片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質溶液與KCl溶液反應產(chǎn)生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。,（2）平衡電荷。 在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的

6、。取出鹽橋，Zn失去電子形成的Zn2+進入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時，CuSO4則由于Cu2+變?yōu)镃u，使得SO42-相對較多而帶負電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。,請同學們思考：,上述原電池裝置是將什么反應的化學能轉換成電能的？指出電池的正負極，并分別寫出其中負極和正極的電極反應式以及該電池的總反應方程式。,ZnSO4溶液 CuSO4溶液,負極（鋅片）： Zn2e- =Zn2+ （氧化反應）,正極（銅片）： Cu2+ +2e-=Cu （還原反應）,電池反應（總化學方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + C

7、u,一、對鋅銅原電 池工作原理的進一步探究,?,二、實驗探究形成原電池的條件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成條件一： 活潑性不同的兩個電極,負極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬、石墨等,（可以）,（不可以）,形成條件二：電極需插進電解質溶液中,實驗探究形成原電池的條件,實驗探究形成原電池的條件,形成條件三：必須形成閉合回路,（不可以）,可以,二、組成原電池的條件,1、有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬單質或金屬氧化物）作電極。,2、電極材料均插入電解質溶液中。,3、兩極相連形成閉合電路。,4、內(nèi)部條件：能自發(fā)進行氧化還原反應。,A,B,C,D,E,F,M,N,1.下列哪

8、幾個裝置能形成原電池？,O,V,X,V,V,X,X,X,X,V,2.一個電池反應的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,該反應的的原電池正確組合是（ ）,C,三、原電池的正負極的判斷方法,微觀判斷 （根據(jù)電子流動方向）,電子流出的極 電子流入的極,負極 正極,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,質量增加的電極 工作后 質量減少的電極,負極 正極,正極 負極,工作后，有氣泡冒出的電極為正極,發(fā)生氧化反應的極 發(fā)生還原反應的極,宏觀判斷： 根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生 的反應 根據(jù)電極質量的變化 根據(jù)電極有氣泡冒出：,負極 正極,1.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成原電

9、池時，鋅為負極，此金屬是 A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,B,2.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質溶液的pH A.不變 B先變大后變小 C逐漸變大 D.逐漸變小,C,4.X、Y、Z、M、N代表五種金屬。有以下化學反應：水溶液中，X+Y2+=X2+Y ；Z+2H2O(冷)=Z(OH)2+H2 ；M、N為電極與N鹽溶液組成原電池，電極反應為M-2e-=M2+；Y可以溶于稀硫酸,中，M不被稀硫酸氧化，則這五種金屬的活動性由弱到強的順序是 AMNYXZ B.NMXYZ CNMYXZ D.XZNMY,C,3.把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時

10、，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為 Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極反應式。,Cu C,FeCl3溶液,負極： Cu 失電子 Cu-2e-=Cu2+ 正極： Fe3+得電子 2Fe3+2e-=2Fe2+,Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,先寫出總反應：即 負極與電解質溶液反應,拆成離子方程式：,Cu+2Fe3=Cu2+2Fe2,根據(jù)化合價升降判斷正負極,四、電極方程式的書寫,1.簡單原電池電極

11、方程式的寫法,請寫出右邊原電池的電極方程式。,總反應方程式：,負極：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O,負極總反應： 2Al +8OH-6e 2AlO2- + 4H2O,正極：總反應負極反應,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成離子方程式：,2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2,根據(jù)化合價升降判斷正負極,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,2.燃料電池電極方程式的寫法 總反應： 實際上就是燃料的完全燃燒。 負極（通入燃料）：為燃料失去電子的氧化反應， 正極（通入氧化劑）：為

12、氧化劑得到電子的還原反應。 以Pt為電極，電解質溶液為 KOH溶液的氫氧燃料電池為例,負極總反應: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O,正極: 總反應負極反應,總反應：2H2+ O22H2O,負極: H2 失e,4H+ + 4OH- 4H2O,2H2 - 4e- 4H,O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,有機物堿性燃料電池,CxHyOz O2 KOH溶液 總反應：CxHyOz+ （x+y/4 _ z/2）O2+ 2xOH- = xCO32-+(x+y/2)H2O 正極：（x+y/4 _ z/2）O2+（4x+y-2z）e- +(2x+y/2-z)H2O=(4x+y-2z)OH-

13、負極：CxHyOz -（ 4x+y-2z ）e-+（ 6x+y-2z ） OH- =xCO32-+(3x+y-z)H2O,固體燃料電池,丁烷燃料電池（固體Y2O3、ZrO2傳遞O2-） 總反應：2C4H10+13O28CO2+10H2O 負極：2C4H10-52e-+26 O2- =8CO2+10H2O 正極：13O2+52e-=26 O2-,練習、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視。 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混和氣為正極助燃氣，制得在650下工作的燃料電池。完成有關的電池反應式： 電池反應式： 負極反應式：2CO+2CO3

14、2- 4CO2+4e 正極反應式： ， 總電池反應： 。,O22CO24e 2CO32,2CO+O2 2CO2,3.復雜原電池電極方程式的書寫 方法點撥：寫電極方程式的時候，要根據(jù)“得電子顯負電；失電子顯正電”的原則， 利用“電荷守恒”，通過巧用H、OH和水寫出電極方程式,PbPbO22H2SO42PbSO42H2O,練習：寫出鉛酸蓄電池的電極反應：,Pb SO422e PbSO4,負極： Pb失電子,4H 2H2O,正極： PbO2SO42 2e PbSO4,銀鋅電池（電解質為KOH）的電池總反應為： Zn Ag2O ZnO 2Ag 寫出其正、負極反應。,Zn2e ZnO,2 OH H2O,

15、Ag2O 2e 2Ag,H2O 2OH,負極：,正極：,1.高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應為： 下列敘述不正確的是 A放電時負極反應為： B充電時陽極反應為： C放電時每轉移3mol電子，正極有1molK2FeO4被氧化 D放電時正極附近溶液的堿性增強,C,2.某可充電的鋰離子電池以LiMn2O4（次錳酸鋰）為正極，嵌入鋰的碳材料為負極，含Li+導電固體為電解質。放電時的電池反應為： 下列敘述正確的是 A放電時，LiMn2O4發(fā)生氧化反應 B放電時，正極反應為Li+ + LiMn2O4 + e- =Li2Mn2O4 C充電時，

16、LiMn2O4發(fā)生氧化反應 D充電時，陽極反應為Li+ + e- =Li,B,3.我國首創(chuàng)的海洋電池以鋁板為負極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質溶液，空氣中的氧氣與鋁反應產(chǎn)生電流。電池總反應為： 下列敘述不正確的是 A正極反應為：O2+2H2O+4e-=4OH- B電池工作時，電流由鋁電極沿導線流向鉑電極 C以網(wǎng)狀的鉑為電極，可增大與氧氣的接觸面積 D該電池通常只需要更換鋁板就可繼續(xù)使用,B,4.一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質是摻雜氧化釔的氧化鋯晶體，在熔融狀態(tài)下能傳到O2-。下例對該燃料電池的說法正確的是： A在熔融電解質中，O2-由負極移向正極 B電池的總反應是2C4

17、H10+13O28CO2+10H2O C通入空氣的一極是正極，電極反應為O2+4e-=2O2- D通入丁烷的一極是正極，電極反應為C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O,BC,5、化學電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應用。 1.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應可以表示為： Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2 已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸，以下說法中正確的是 ( ) 以上反應是可逆反應 以上反應不是可逆反應 充電時化學能轉變?yōu)殡娔?放電時化學能轉變?yōu)殡娔?A B C D ,B,(1)比較金屬活動性強弱。,例1：

18、,下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是,C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；,A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有H2氣放出；,B.在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多；,D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；,C,五、原電池原理應用：,(2)比較反應速率,例2 ：,下列制氫氣的反應速率最快的是,粗鋅和 1mol/L 鹽酸；,B.,A.,純鋅和1mol/L 硫酸；,純鋅和18 mol/L 硫酸；,C.,粗鋅和1mol/L 硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液。,D.,D,五、原電池原理應用：,(3)比較金屬腐蝕的快慢,五、原電池原理應用：,例3：,下列裝置中四塊相同的Z

19、n片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是,(4),(2),(1),(3),(4)判斷溶液pH值變化,例4：,在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為0.125mol/L , 若工作一段時間后，從裝置中共收集到 0.168L氣體，則流過導線的電子為 mol,溶液的pH值變_？（溶液體積變化忽略不計）,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,答：,0.015,根據(jù)電極反應：,正極：,負極：,Zn2e-Zn2+,2H+2e- H2,得：,2 2 22.4,x y

20、0.168,解：,0.20.1252,c(H+)余,2H+ 2eH2,大,0.015,五、原電池原理應用：,(5)原電池原理的綜合應用,例5：市場上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等。 “熱敷袋”啟用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時，打開塑料袋輕輕揉搓就會放出熱量。使用完后，會發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在。 “熱敷袋”是利用 放出熱量。 2)炭粉的主要作用是 。 3)加入氯化鈉的主要作用是 。 4)木屑的作用是,鐵被氧化,與鐵屑、氯化鈉溶液構成原電池，加速鐵屑的氧化,氯化鈉溶于水、形成電解質溶液,使用“熱敷袋”時受熱均勻,五、原電池原理應用：,【例6】 (2011浙江)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓圈中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b)，如圖所示。導致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣處少。下列說法正確的是(),A液滴中的Cl由a區(qū)向b區(qū)遷移 B液滴邊緣是正極區(qū)，發(fā)生的電極反應為： O22H2O4e4OH C液滴下的Fe因發(fā)生還原反應而被腐蝕，生成的