第四章电化学基础第一节原电池 电化学：指研究化学能与电能之间相互转换的装置、过程和效率的科学。过程及装置分按电化学反应2.借助电流而发生反应及装置(如:电解池)｛1.产生电流的化学反应及装置(如:原电池等) 1、原电池的定义：2、原电池反应的本质：3、构成原电池的条件：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。氧化还原反应①两个活动性不同的金属（或其中一种为非金属，即作导体用）作电极。②电解质溶液③形成闭合回路④在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应 CuZn稀硫酸---Zn2+H+H+灯泡Zn－2e-=Zn2+负极正极2H++2e-=H2↑总反应式:Zn+2H+=Zn2++H2↑负正氧化反应还原反应现象：锌棒溶解，铜棒上有气泡原电池工作原理 CuZn---Zn2+H+H+负极正极阳离子阴离子正极负极SO42-原电池工作原理Ae- 4、原电池反应原理①粒子流向电子：负极→正极电流：正极→负极溶液中阴离子→负极溶液中阳离子→正极②电极反应负极：氧化反应活泼金属失电子变阳离子正极：还原反应溶液中离子得电子总反应：负极金属与电解质溶液的离子反应 5、原电池的正负极的判断方法微观判断（根据电子流动方向）电子流出的极电子流入的极——负极——正极较活泼的电极材料较不活泼的电极材料质量增加的电极工作后质量减少的电极——负极——正极——正极——负极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生还原反应的极宏观判断：①根据电极材料②根据原电池电极发生的反应③根据电极质量的变化④根据电极有气泡冒出：——负极——正极 ABCDEFMN下列哪几个装置能形成原电池？OVXVVXXXVV思考与练习 CuSO4溶液思考：如何才能得到持续稳定的电流？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，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。对锌铜原电池工作原理的进一步探究 导线在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池。实验探究 锌铜原电池装置示意图 由两个半电池组成，锌和锌盐组成锌半电池，铜和铜盐组成铜半电池；每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应，中间通过盐桥连接形成闭合回路。装置特点：盐桥的作用：（1）是离子通道，与外电路的电子通道相衔接；（2）是离子库，为保持溶液电中性，氧化作用产生的Zn2+需要阴离子来补充，Cu2+发生还原反应，需要阳离子来补充；而作为KCl饱和溶液盐桥有足够的离子供给，所以是离子库。 盐桥制法：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。 负极反应：Zn-2e-=Zn2+正极反应：Cu2++2e-=Cu电池总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu锌半电池铜半电池 氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池电解质溶液盐桥失e-，沿导线传递，有电流产生还原反应Cu2++2e-=Cu阴离子阳离子负极正极阳离子铜锌双液原电池原理外电路内电路Zn+Cu2+=Zn2++Cu2e-电极反应总式：化学能电能氧化还原反应原电池反应本质： 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，铅块作负极，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（2）电池的电极材料必须能导电（1）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。6、原电池的设计 1.根据上述原理,为获得较长时间的稳定电流,如何将必修2中由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？课堂练习（上述原理的应用）ZnSO4H2SO4AZnCuCuZnH2SO4A 练习：利用Fe+Cu2+=Fe2++Cu设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。负极：Fe–2e-=Fe2+正极：Cu2++2e-=CuCuFeCuSO4FeSO4FeCuCuSO4 请根据氧化还原反应:Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成原电池。你有哪些可行方案?CuCu–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？ 2.依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示，请回答下列问题：（1）电极X的材是；电解质溶液Y是；（2）银电极为电池的极，发生的电极反应为；X电极上发生的电极反应为；（3）外电路中的电子是从电极流向电极。CuAgNO3正XAg 3.控制适合的条件，将反应2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2设计成如右图所示的原电池。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，乙中石墨电极为负极D 7、原电池的表示方法：(-)Zn|Zn2+(C1)‖Cu2+(C2)|Cu(+)“|”表示液-固相有一界面；“‖”表示盐桥。在有气体参加的电池中还要表明气体的压力，溶液要表明浓度。 (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（）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；C8、原电池原理应用 (2)比较反应速率快慢例2：下列制氢气的反应速率最快的是（）A.纯锌和1mol/L硫酸；B.纯锌和18mol/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。D (3)比较金属腐蚀的快慢例3：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)(2)(1)(3) 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值为_________？（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＝-lg3.75×10－4＝4-lg3.75－0.015根据电极反应：正极：负极：Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑得：2222.4xy0.168解：0.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——2e——H2↑3.40.015＝4-0.6＝3.4 (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.摩擦生热,产生启动反应的热量,使用“热敷袋”时受热均匀. 化学电池的组成组成负极正极电解质电极材料电极上发生反应的物质电子流向反应类型能导电的物质还原性较强的物质(多是金属电极本身)氧化性较强的物质酸溶液碱溶液盐溶液或熔融液小结流出电子流入电子氧化反应还原反应