第四章 电化学基础 第一节 原电池

阅读教材P70 回答 研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学 1、电化学： 2、从反应产物与电流的关系分类： ①产生电流的反应→原电池 ②借助电流而发生的反应→电解池

复习回顾 将化学能转化为电能 1、原电池是______________________的装置。 原电池反应的本质是____________________反应。 氧化还原反应 2、如右图所示，组成的原电池： （1）当电解质溶液为稀H2SO4时： Zn电极是____（填“正”或“负”）极， 其电极反应为_______________，该反应 是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应； Cu电极是______极，其电极反应为 _______________,该反应是_________反应。 负 Zn－2e- = Zn2+ 氧化 正 2H+ +2e- =H2↑ 还原

负 （2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极 是____极，其电极反应为_____________， 其电极反应为_______________,该反应_____反应. 负 Zn－2e- =Zn2+ 氧化 正 Cu2+ +2e- = Cu 还原

原 电 池 原 理 负极 正极 外电路 氧化反应 还原反应 Cu2++2e- =Cu Zn-2e=Zn2+ 电解质溶液 内电路 电极反应 铜锌原电池 正极 Cu2++2e- =Cu Zn-2e=Zn2+ 阳离子 电解质溶液 阴离子 阳离子 内电路 电极反应 负极： Zn-2e- =Zn2+ （氧化反应） 正极： Cu2++2e- =Cu （还原反应） 总反应： Zn+Cu2+=Zn2++Cu (离子方程式） Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu （化学方程式）

与原 电 池 相关的概念 Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑ 1.电路： 2.电极： 3.电极反应式： 4.总反应式： 外电路 内电路 电子流向：负极流向正极 外电路 电流方向：正极流向负极与电子流动方向相反 1.电路： 阳离子移向正极 内电路 阴离子移向负极 负极：电子流出的一极 2.电极： 正极：电子流入的一极 负极： Zn－2e-＝ Zn2+ 3.电极反应式： 正极： 2H++ 2e-＝ H2↑ 4.总反应式： Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑

组成原电池的条件 1.内部条件：能自发进行的、放能的氧化还原反应 2.外部条件： （1）有两种活泼性不同的金属（或一种是 非金属单质或金属氧化物）作电极。 （2）电极材料均插入电解质溶液中。 （3）两极相连形成闭合电路。 两极一液成回路，氧化还原是中心

锌铜原电池工作原理

一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究 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。 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？

硫酸铜

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。

实验探索 A 实验三（书71页实验4-1） Zn Cu 实验现象： 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。 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 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？

盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 （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。

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。

? 一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究 请同学们思考： 负极（锌片）： Zn－2e- =Zn2+ （氧化反应） A 请同学们思考： Zn 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。 Cu ZnSO4溶液 CuSO4溶液 负极（锌片）： Zn－2e- =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+ = Zn 2+ + Cu 电池符号： Zn ︱ ZnSO4‖ CuSO4 ︱ Cu 负极 盐桥 正极

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。 ①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。 ②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。

二、实验探究形成原电池的条件 形成条件一： 活泼性不同的两个电极 负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等 （可以） （可以） （不可以）

实验探究形成原电池的条件 （可以） （不可以） 形成条件二：电极需插进电解质溶液中；

实验探究形成原电池的条件 可以 （不可以） 形成条件三：必须形成闭合回路

（2）组成原电池的条件 （1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。  （2）电极材料均插入电解质溶液中。  （3）两极相连形成闭合电路。  （4）内部条件：能自发进行氧化 还原反应。

1.下列哪几个装置能形成原电池？ A B C D X X V V E F M N X V X X O V

2.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,该反应的的原电池正确组合是（ ） C A B C D 正极 Zn Cu Fe 负极 电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl

三、原电池的正负极的判断方法 电子流出的极 微观判断 电子流入的极 宏观判断： ①根据电极材料 ②根据原电池电极发生 的反应 ——负极 ——正极 微观判断 （根据电子流动方向） 宏观判断： ①根据电极材料 ②根据原电池电极发生 的反应 ③根据电极增重还是减重 ④根据电极有气泡冒出： 较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料 ——负极 ——正极 发生氧化反应的极 发生还原反应的极 ——负极 ——正极 ——正极 ——负极 质量增加电极 工作后 质量减少的电极 工作后，有气泡冒出的电极为正极

2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH( ) A.不变 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小 C 1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( ) A.Mg B.Fe C.Al D.Cu B 2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH( ) A.不变 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小 C

3.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( ) A．a > b > c > d B．a > c > d > b C．c > a > b .> d D．b > d > c > a B

? 4、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线 将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯 中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是 ( D ) A. 铁圈和银圈左右摇摆不定 B. 保持平衡状态 C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜 D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜

三、电极方程式的书写 1.简单原电池电极方程式的写法 再用双线桥分析，拆成两个半反应 ①判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。 A Cu C 1.简单原电池电极方程式的写法 ①判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。 先写出总反应：即 负极与电解质溶液反应 Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2 FeCl3溶液 拆成离子方程式， Cu + 2Fe3＋ = Cu2＋ + 2Fe2＋ 再用双线桥分析，拆成两个半反应 负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+ 正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+

②请写出右边原电池的电极方程式。 Mg Al NaOH溶液 A 总反应方程式： 2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 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 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↑

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 总反应：2H2+ O2＝2H2O 负极: H2 失e－ 2H2 - 4e- ＝ 4 H＋ 4H+ + 4OH- ＝4H2O 负极总反应: 2H2 - 4e- + 4OH- ＝4H2O 正极: 总反应－负极反应 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

练习：写出铅酸蓄电池的电极反应： Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O 正极： PbO2 得电子 正极： PbO2＋SO42－＋ 2e－ ＝PbSO4↓ ＋4H＋ ＋2H2O 负极： Pb 失电子 Pb ＋SO42－ － 2e－ ＝ 2PbSO4↓

银锌电池（电解质为KOH）的电池总反应为： Zn＋ Ag2O ＝ ZnO＋ 2Ag 写出其正、负极反应。 负极： Zn －2e－ ＝ ZnO ＋H2O ＋2OH－ 正极： Ag2O ＋2e－ ＝ 2Ag ＋2 OH－ ＋ H2O

四、原电池的设计 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。 （电池的电极必须导电） ①活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极 ②金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极 ③金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极 ④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt

练一练 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? 负极： 正极： 电解质溶液： Cu Cu – 2e- = Cu2+ 比Cu不活泼的金属或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO4 )3、FeCl3等 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。

5.解释某些化学现象 五、原电池的主要应用： 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。 5.解释某些化学现象

原电池原理应用： (1)比较金属活动性强弱。 下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是 例1： （C） 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； C.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；

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 （ D ） A. 纯锌和1mol/L 硫酸； B. 纯锌和18 mol/L 硫酸； C. 粗锌和 1mol/L 盐酸； D. 粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。

原电池原理应用： (3)比较金属腐蚀的快慢 下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 例3： (5) (2) (1) (3) (4)

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)

原电池原理应用： (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） 0.015 大 x ＝0.015 (mol) 解： 根据电极反应： 解得： y ＝0.015 (mol) 负极： Zn－2e-＝Zn2+ 0.2×0.125×2 －0.015 c(H+)余 正极： 2H++2e- ＝H2↑ ∴ ＝ 0.2 ＝3.75× 10﹣ 4(mol/L ) 得： 2H+ —— 2e——H2↑ 2 2 22.4 ∴pH ＝-lg3.75 ×10－4 ＝4 -lg3.75 x y 0.168 答：……

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

Al Mg－2e—=Mg2+ 电能 化学能 2H++2e—=H2↑ 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 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； Al Mg－2e—=Mg2+ 电能 化学能 2H++2e—=H2↑ 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

负极 正极 小 结 原电池 电子流向 电流流向 把化学能转化成电能的装置。 １定义: 2、原电池的工作原理 小 结 原电池 １定义: 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)。 负极 正极 电子流向 电流流向 （1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理 （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）