原電池(上課用完整版本

1、.第四章第四章 電化學基礎電化學基礎第一節(jié)第一節(jié) 原原 電電 池池.1.本節(jié)要點本節(jié)要點構成原電池的條件？構成原電池的條件？3.原電池的工作原理？原電池的工作原理？什么是原電池？什么是原電池？4.原電池的正負極和電子流向如何判斷？原電池的正負極和電子流向如何判斷？2.閱讀材料閱讀材料 1780年意大利著名生物學家伽伐尼。解剖年意大利著名生物學家伽伐尼。解剖青蛙時，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。伽伐青蛙時，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。伽伐尼做了如下實驗：尼做了如下實驗： 實驗實驗1: 用一枝用一枝銅鉤銅鉤插入死青蛙的脊髓中，插入死青蛙的脊髓中，再掛在再掛在鐵欄桿鐵欄桿上，當青蛙腿碰到鐵欄桿時，就上

2、，當青蛙腿碰到鐵欄桿時，就發(fā)生顫抖。發(fā)生顫抖。 實驗實驗2:將青蛙放到將青蛙放到銅制銅制的解剖盤里，當?shù)慕馄时P里，當解剖解剖刀刀接觸蛙腿時，蛙腿發(fā)生抽搐接觸蛙腿時，蛙腿發(fā)生抽搐. 他根據(jù)實驗得出：青蛙自身肌肉和神經(jīng)里他根據(jù)實驗得出：青蛙自身肌肉和神經(jīng)里的的“生物電生物電”是導致抽搐的原因。是導致抽搐的原因。1791年，伽年，伽伐尼發(fā)表了伐尼發(fā)表了論肌肉中的生物電論肌肉中的生物電論文，引起論文，引起廣泛關注。廣泛關注。. 善于質(zhì)疑的意大利物理學家伏打，提出了疑善于質(zhì)疑的意大利物理學家伏打，提出了疑問：為什么只有青蛙腿和銅器或鐵器接觸時才問：為什么只有青蛙腿和銅器或鐵器接觸時才發(fā)生抽搐？他做了如下

3、實驗：發(fā)生抽搐？他做了如下實驗： 實驗實驗1:將青蛙腿放在將青蛙腿放在銅盤銅盤里，用里，用解剖刀解剖刀去接去接觸，蛙腿抽搐觸，蛙腿抽搐. 實驗實驗2:將青蛙腿放在將青蛙腿放在木盤木盤里，用里，用解剖刀解剖刀去接去接觸，蛙腿不動觸，蛙腿不動. 伏打用實驗推翻了伽伐尼的結論，認為要有伏打用實驗推翻了伽伐尼的結論，認為要有兩種活潑性不同的金屬同時接觸蛙腿，蛙腿才兩種活潑性不同的金屬同時接觸蛙腿，蛙腿才會抽搐。會抽搐。由此由此,伏打加以研究伏打加以研究,于于1799年發(fā)明了世界上年發(fā)明了世界上第一個電池第一個電池伏打電池即伏打電池即原電池原電池. 伏打?qū)ι镫娪^點的質(zhì)疑伏打?qū)ι镫娪^點的質(zhì)疑 （Vol

4、ta,A.1745-1827） 1800年建立伏打電堆模型。年建立伏打電堆模型。 伏打電池是伏打電池是實用電池的開端。實用電池的開端。.實驗探究實驗探究請根據(jù)反應請根據(jù)反應： Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 分析該反應氧化劑、還原劑及電子轉移情分析該反應氧化劑、還原劑及電子轉移情況和現(xiàn)象及反應快慢。況和現(xiàn)象及反應快慢。CuSO4.一、原電池的工作原理一、原電池的工作原理氧化還原反應（本質(zhì)：反應物之間有電子轉移）氧化還原反應（本質(zhì)：反應物之間有電子轉移）負極負極（還原性）（還原性）還原反應還原反應氧化反應氧化反應正極正極（氧化性）（氧化性） 失失e 得得e電子電子e電流電流結論結

5、論把氧化反應和還原反應分開在不把氧化反應和還原反應分開在不同的區(qū)域進行，再以適當?shù)姆绞竭B接起來，同的區(qū)域進行，再以適當?shù)姆绞竭B接起來，就可以獲得電流就可以獲得電流.CuSO4 溶液溶液電流表指針發(fā)生偏轉嗎？兩電流表指針發(fā)生偏轉嗎？兩個電極上及溶液都有什么現(xiàn)象？個電極上及溶液都有什么現(xiàn)象？換成換成H2SO4現(xiàn)象又如何？現(xiàn)象又如何？該裝置是否構成原電池？電流該裝置是否構成原電池？電流表指針發(fā)生偏轉嗎？銅電極上表指針發(fā)生偏轉嗎？銅電極上有什么現(xiàn)象？有什么現(xiàn)象？實驗探究實驗探究1實驗探究實驗探究2指針偏轉，鋅片逐漸溶解，銅片質(zhì)量增加，指針偏轉，鋅片逐漸溶解，銅片質(zhì)量增加，溶液顏色變淺速度較快。溶液顏色

6、變淺速度較快。是原電池，指針不偏轉，銅極增重。是原電池，指針不偏轉，銅極增重。.（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成條件一：形成條件一：活潑性不同的兩個電極活潑性不同的兩個電極負極：較活潑的金屬。（一定嗎？）負極：較活潑的金屬。（一定嗎？）正極：較不活潑的金屬、石墨等正極：較不活潑的金屬、石墨等判斷下列哪些裝置能構成原電池。為什么？判斷下列哪些裝置能構成原電池。為什么？.形成條件二：電極需插進電解質(zhì)溶液中；形成條件二：電極需插進電解質(zhì)溶液中；形成條件三：必須形成閉合回路形成條件三：必須形成閉合回路（可以）（可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）

7、（不可以）.氧化反應氧化反應Zn-2e=Zn2+ 銅鋅原電池銅鋅原電池電解質(zhì)電解質(zhì)溶液溶液失失e，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應還原反應Cu2+2e- =Cu陰離子陰離子陽離子陽離子總反應：總反應：負極負極正極正極 Cu2+2e- =CuZn-2e- =Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(離子方程式）離子方程式）（化學方程式）（化學方程式）電極反應電極反應正極：正極：負極：負極：（氧化反應）（氧化反應）（還原反應）（還原反應）陽離子陽離子外電路外電路內(nèi)電路內(nèi)電路.回顧舊知回顧舊知1 1、原電池、原電池 的裝置。的裝置。原電池反應的本質(zhì)

8、是發(fā)生原電池反應的本質(zhì)是發(fā)生_ _ _反應。反應。2 2、原電池的構成條件：、原電池的構成條件：3 3、原電池正、負極規(guī)律、原電池正、負極規(guī)律 負極負極電子電子 的極。通常是活潑性的極。通常是活潑性 的的金屬，發(fā)生金屬，發(fā)生 反應反應正極正極電子電子 的極。通常是活潑性的極。通常是活潑性 的金屬的金屬或非金屬導體，發(fā)生或非金屬導體，發(fā)生 反應反應 流出流出較強較強氧化氧化流入流入較弱較弱還原還原有兩種活潑性不同的金屬（或其中一種為非金屬導體）有兩種活潑性不同的金屬（或其中一種為非金屬導體）電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液構成閉合回路構成閉合回路能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應將化學能轉變?yōu)?/p>

9、電能將化學能轉變?yōu)殡娔苎趸€原氧化還原.CuSO4 溶液溶液電流表指針發(fā)生偏轉嗎？電流表指針發(fā)生偏轉嗎？指針穩(wěn)定嗎？兩個電極上都指針穩(wěn)定嗎？兩個電極上都有什么現(xiàn)象？效率高嗎？有什么現(xiàn)象？效率高嗎？電流表指針發(fā)生偏轉，但電流表指針發(fā)生偏轉，但不穩(wěn)定。放電時間短效率低，不穩(wěn)定。放電時間短效率低，兩個電極上都有紅色物質(zhì)生兩個電極上都有紅色物質(zhì)生成成.CuSO4 溶液溶液思考：如何才能得到思考：如何才能得到持續(xù)穩(wěn)定的電流？將持續(xù)穩(wěn)定的電流？將鋅片與銅片隔離。鋅片與銅片隔離。分析：分析： 由于鋅片與硫酸銅溶液直接由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，銅在鋅片表面析出，鋅表面接觸，銅在鋅片表面析出，鋅表面也構成了

10、原電池，進一步加速銅在也構成了原電池，進一步加速銅在鋅表面析出，致使向外輸出的電流鋅表面析出，致使向外輸出的電流強度減弱。當鋅片表面完全被銅覆強度減弱。當鋅片表面完全被銅覆蓋后，不再構成原電池，也就沒有蓋后，不再構成原電池，也就沒有電流產(chǎn)生。電流產(chǎn)生。.硫酸鋅溶液硫酸鋅溶液 硫酸銅溶液硫酸銅溶液上述裝置構成原電池了嗎？為什么？上述裝置構成原電池了嗎？為什么？怎樣才能構成原電池呢？怎樣才能構成原電池呢？.為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設計如下圖（書為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設計如下圖（書P71圖圖4-1）所示的原電池裝置，你能解釋它）所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？的工作原理嗎？鹽橋中通常裝有含瓊

11、膠鹽橋中通常裝有含瓊膠的的KClKCl飽和溶液飽和溶液此裝置優(yōu)點：能穩(wěn)定長此裝置優(yōu)點：能穩(wěn)定長時間放電時間放電.工作原理工作原理外電路外電路：Zn失去電子沿導線通過電流表進入失去電子沿導線通過電流表進入 銅片銅片內(nèi)電路內(nèi)電路： Zn原子失去電子成為原子失去電子成為Zn2+進入溶液，使進入溶液，使ZnSO4溶液因溶液因Zn2+增加而帶正電，鹽橋中增加而帶正電，鹽橋中的的Cl會移向會移向ZnSO4溶液；同時溶液；同時Cu2+獲得電獲得電子成為金屬沉淀在銅片上，使子成為金屬沉淀在銅片上，使CuSO4溶液溶液因因SO42相對增加而帶負電，鹽橋中的相對增加而帶負電，鹽橋中的K+移向移向CuSO4溶液，從

12、而形成閉合回路。溶液，從而形成閉合回路。.1.1.組成組成兩個半電池左兩個半電池左右兩個燒杯中的電右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應解質(zhì)溶液應 與電極材料具有相同的陽離子。與電極材料具有相同的陽離子。鹽橋的作用鹽橋的作用讓溶液始終保持電中性讓溶液始終保持電中性代替兩溶液直接接觸使兩個燒杯中的代替兩溶液直接接觸使兩個燒杯中的溶液連成一個通路溶液連成一個通路鹽橋：鹽橋：飽和飽和 KCl KCl 溶液溶液( (以瓊以瓊 膠制作成凍膠膠制作成凍膠) )原電池原電池.二、電極反應式的判斷和書寫二、電極反應式的判斷和書寫（1 1）. . 原電池兩極的判斷原電池兩極的判斷：若給出裝置則與電解液反：若給出裝置則與電解

13、液反應的一極為負極，若給出總反應方程式則分析反應中應的一極為負極，若給出總反應方程式則分析反應中有關物質(zhì)元素化合價的變化，確定原電池的正極和負有關物質(zhì)元素化合價的變化，確定原電池的正極和負極。極。（2 2）書寫電極反應時，要將總化學反應與正、負極反）書寫電極反應時，要將總化學反應與正、負極反應聯(lián)系在一起考慮，它們具有加和性：應聯(lián)系在一起考慮，它們具有加和性：化學反應方程式化學反應方程式=正極反應方程式正極反應方程式+ +負極反應方程式。負極反應方程式。（3 3）. . 在原電池反應中，必須遵循在原電池反應中，必須遵循得失電子守恒得失電子守恒。（4 4）. . 介質(zhì)參與電極反應的原則：原電池的兩

14、極反應介質(zhì)參與電極反應的原則：原電池的兩極反應若均在一定介質(zhì)中進行，介質(zhì)常常參與電極反應。若均在一定介質(zhì)中進行，介質(zhì)常常參與電極反應。在在酸性介質(zhì)中，酸性介質(zhì)中，H H+ +可能反應，在堿性介質(zhì)中，可能反應，在堿性介質(zhì)中，OHOH可能可能反應。反應。.判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極反應式。反應式。 Cu CCu CFeClFeCl3 3溶液溶液負極：負極： CuCu 失電子失電子 Cu - 2e Cu - 2e- - = Cu = Cu2+2+正極：正極： FeFe3+3+得電子得電子 2Fe 2Fe3+3+ + 2e + 2e- - = 2Fe =

15、2Fe2+2+A ACu+2FeClCu+2FeCl3 3 =CuCl =CuCl2 2 +2FeCl +2FeCl2 2先寫出總反應：先寫出總反應：即即 負極與電解質(zhì)溶液反應負極與電解質(zhì)溶液反應拆成離子方程式：拆成離子方程式：Cu + 2FeCu + 2Fe3 3 = Cu= Cu2 2 + 2Fe+ 2Fe2 2根據(jù)化合價升降判斷正負極根據(jù)化合價升降判斷正負極1.簡單原電池電極方程式的寫法簡單原電池電極方程式的寫法.請寫出右邊原電池的請寫出右邊原電池的電極方程式。電極方程式。總反應方程式：電極與電解液反應的方程式總反應方程式：電極與電解液反應的方程式負極：負極：AlAl，失，失 Al3+

16、Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成離子方程式：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根據(jù)化合價升降判斷正負極2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2.2.2.燃料電池電極方程式的寫法燃料電池電極方程式的寫法 總反應：總反應： 實際上就是燃料的完全燃燒。實際上就是燃料的完全燃燒。 負極（通入燃料）：負極（通入燃料）： 為燃料失去電子的氧化反應，為燃料失去電子的氧化反應， 正極（通入氧化劑）：正極（通入氧化劑）： 為氧化劑得到電子的還原反應。為氧化劑得到電子的還原反應。負極總反應負極總反應: 2H: 2

17、H2 2 - 4e- 4e- - + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O正極正極: : 總反應負極反應總反應負極反應 總反應：總反應：2H2H2 2+ O+ O2 22H2H2 2O O負極負極: H: H2 2 失失e e4H4H+ + + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O2H2H2 2 - 4e- 4e- - 4 H4 HO O2 2 + 2H+ 2H2 2O + 4eO + 4e- - 4OH4OH- -.三、原電池的設計三、原電池的設計（一）負極參與的電池：（一）負極參與的電池：活潑性不同活潑性不同 的兩種金屬。的兩種金屬。如鋅銅原電池，鋅作負極，銅作正極如鋅

18、銅原電池，鋅作負極，銅作正極金屬和非金屬。金屬和非金屬。如鋅錳干電池，鋅作負極，石墨棒作正極如鋅錳干電池，鋅作負極，石墨棒作正極金屬和化合物。金屬和化合物。如鉛蓄電池，鉛版作負極，如鉛蓄電池，鉛版作負極，PbO2作正極作正極（二）兩極均不參與電池：（二）兩極均不參與電池：惰性電極。惰性電極。如氫氧燃料電池中，兩根電極均可用如氫氧燃料電池中，兩根電極均可用Pt（電池的電極必須導電）（電池的電極必須導電）電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應。但若是兩個半反應分電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應。但若是兩個半反應分別在兩個燒杯中進行，則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應別在兩個燒杯中進行，則左右兩個燒杯中的

19、電解質(zhì)溶液應 與與電電極材料具有相同的陽離子極材料具有相同的陽離子。.請根據(jù)氧化還原反應請根據(jù)氧化還原反應 :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+設計成原電池。設計成原電池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案?Cu Cu 2e- = Cu2+比比Cu不活潑的金屬或石墨不活潑的金屬或石墨2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO4 )3、FeCl3等等負極：負極：正極：正極：電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液：練一練練一練若是采用燒杯和鹽橋裝置圖，采用的電解質(zhì)溶液又是若是采用燒杯和鹽橋裝置圖，采用的電解質(zhì)溶液又是什么？試畫出原電池的裝置簡圖。什么？試畫出原電池的裝置簡圖。.1.1.利用

20、原電池原理設計新型化學電池；利用原電池原理設計新型化學電池；2.2.改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應制取氫氣；酸反應制取氫氣；3.3.進行金屬活動性強弱比較；進行金屬活動性強弱比較；4.4.電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。四、原電池的主要應用：四、原電池的主要應用：5.5.解釋某些化學現(xiàn)象解釋某些化學現(xiàn)象.(1)比較金屬活動性強弱。比較金屬活動性強弱。例例1：下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是C.

21、將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；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，甲甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2氣放出氣放出；B.在氧化在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多還原反應中，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；同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強；（C）原電池原理應用：原電池原理應用：.(2)比較反應速率比較反應速率例例2 ： 下列制氫氣的反應速率最快的是下列制氫氣的反應速率最快的是粗鋅和粗鋅和 1mol/L 鹽酸；鹽酸；B.A. 純鋅和純鋅和1mol/L 硫酸；硫酸；純鋅和純鋅和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗鋅和粗鋅和1mol/L 硫酸的反應中加入幾滴硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原電池原理應用：原電池原理應用：.例例4：下列裝置中四塊相同的下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速片，放置一段時間后腐蝕速率由率由慢慢到到快快的順序是的順序是(4)(2)(1)(3).(4)判斷溶液判斷溶液pH值變化值變化例例5： 在在Cu-Zn原電池中，原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為溶液的濃度為0.125mol/L , 若工作一段時間后，從裝置中共收集到若工作一段時間后，從裝置中共收集到 0