原電池（課堂PPT）

1、2021/3/291第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 原原 電電 池池2021/3/292（2）反應(yīng)本質(zhì)：氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)（3 3）原電池正負(fù)電極的判斷方法原電池正負(fù)電極的判斷方法負(fù)極：負(fù)極：正極：正極： 電子電子流出流出，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)電子電子流入流入，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)發(fā)生得電子的還原反應(yīng)知識回顧知識回顧2021/3/293根據(jù)電極材料判斷根據(jù)電極材料判斷ZnCu稀硫酸稀硫酸ZnFeA稀硫酸稀硫酸CZnFeCA稀硫酸稀硫酸A稀硫酸稀硫酸A負(fù)極負(fù)極: 較活潑的金屬較活潑的金屬正極正極: 較不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體較不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體-

2、+-+-+-+2021/3/294根據(jù)電子或電流流動方向判斷（外電路）：根據(jù)電子或電流流動方向判斷（外電路）：電子從負(fù)極流出 沿導(dǎo)線 流入正極電流從正極流出 沿導(dǎo)線 流入負(fù)極ee根據(jù)離子的定向移動方向（內(nèi)電路）根據(jù)離子的定向移動方向（內(nèi)電路）陽離子向正極移動陽離子向正極移動陰離子向負(fù)極移動陰離子向負(fù)極移動根據(jù)電極反應(yīng)判斷根據(jù)電極反應(yīng)判斷失電子的反應(yīng)失電子的反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)負(fù)極負(fù)極得電子的反應(yīng)得電子的反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)正極正極2021/3/295根據(jù)現(xiàn)象判斷根據(jù)現(xiàn)象判斷電極不斷溶解：電極不斷溶解：負(fù)極負(fù)極有氣泡冒出、有固體析出：有氣泡冒出、有固體析出：正極正極根據(jù)離子方程式判斷根據(jù)離子方程

3、式判斷Fe+2H+=Fe2+H2（負(fù)極）（在正極）2021/3/296實驗探究實驗探究請根據(jù)反應(yīng)請根據(jù)反應(yīng)： Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 分析該反應(yīng)氧化劑、還原劑及電子轉(zhuǎn)移情分析該反應(yīng)氧化劑、還原劑及電子轉(zhuǎn)移情況和現(xiàn)象及反應(yīng)快慢。況和現(xiàn)象及反應(yīng)快慢。CuSO42021/3/297CuSO4 溶液溶液電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？兩電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)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(gòu)成原電池？電流該裝置是否構(gòu)成原電池？電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？銅電極上表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？銅電極上有什么現(xiàn)象？有什么現(xiàn)象？實驗探

4、究實驗探究1實驗探究實驗探究2指針偏轉(zhuǎn)，鋅片逐漸溶解，銅片質(zhì)量增加，指針偏轉(zhuǎn)，鋅片逐漸溶解，銅片質(zhì)量增加，溶液顏色變淺速度較快。溶液顏色變淺速度較快。是原電池，指針不偏轉(zhuǎn)，銅極增重。是原電池，指針不偏轉(zhuǎn)，銅極增重。2021/3/298（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）2.原電池的形成條件：原電池的形成條件：（1）活潑性不同的兩個電極）活潑性不同的兩個電極負(fù)極：較活潑的金屬。（一定嗎？）負(fù)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(gòu)成原電池。為什么？判斷下列哪些裝置能構(gòu)成原電池。為什么？2021/3/

5、299(2)電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中；電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中；(3)必須形成閉合回路；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）（不可以）(4)能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)；能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)；2021/3/2910CuSO4 溶液溶液電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，但電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，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2021/3/2911CuSO4 溶液溶液思考

6、：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(gòu)成了原電池，進(jìn)一步加速銅在也構(gòu)成了原電池，進(jìn)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(qiáng)度減弱。當(dāng)鋅片表面完全被銅覆強(qiáng)度減弱。當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，不再構(gòu)成原電池，也就沒有蓋后，不再構(gòu)成原電池，也就沒有電流產(chǎn)生。電流產(chǎn)生。2021/3/2912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(gòu)成原電池了嗎？為什么？上述裝置構(gòu)成原電池了嗎

7、？為什么？怎樣才能構(gòu)成原電池呢？怎樣才能構(gòu)成原電池呢？2021/3/2913為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計如下圖（為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計如下圖（P71圖圖4-1）所示的原電池裝置，你能解釋它的）所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？工作原理嗎？鹽橋中通常裝有含瓊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2021/3/2914工作原理工作原理外電路外電路：Zn失去電子沿導(dǎo)線通過電流表進(jìn)入失去電子沿導(dǎo)線通過電流表進(jìn)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(jìn)入溶液，使進(jìn)入溶液，使ZnSO4溶液因溶

8、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(fù)電，鹽橋中的相對增加而帶負(fù)電，鹽橋中的K+移向移向CuSO4溶液，從而形成閉合回路。溶液，從而形成閉合回路。2021/3/2915組成組成兩個半電池左兩個半電池左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子。液應(yīng)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溶液連代替兩溶液直接

9、接觸使兩個燒杯中的溶液連成一個通路成一個通路鹽橋：鹽橋：飽和飽和 KCl KCl 溶液溶液( (以瓊膠制作成凍膠以瓊膠制作成凍膠) )2021/3/2916氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)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(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)還原反應(yīng)Cu2+2e- =Cu陰離子陰離子陽離子陽離子總反應(yīng)：總反應(yīng)：負(fù)極負(fù)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(xué)方程式）（化學(xué)方程式）電極反應(yīng)電極反應(yīng)正極：正極：負(fù)極：負(fù)極：（氧化反應(yīng)）（

10、氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）陽離子陽離子外電路外電路內(nèi)電路內(nèi)電路2021/3/29172 2、原電池的工作原理、原電池的工作原理氧化還原反應(yīng)（本質(zhì)：反應(yīng)物之間有電子轉(zhuǎn)移）氧化還原反應(yīng)（本質(zhì)：反應(yīng)物之間有電子轉(zhuǎn)移）負(fù)極負(fù)極（還原性）（還原性）還原反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)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(jié)論結(jié)論把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同的區(qū)域進(jìn)行，再以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來，同的區(qū)域進(jìn)行，再以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來，就可以獲得電流就可以獲得電流2021/3/2918二、電極反應(yīng)式的判斷和書寫二、電極反應(yīng)式的判斷和書寫（1 1）. .

11、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液反應(yīng)的一極為負(fù)極，若給出總反應(yīng)方程式則分析應(yīng)的一極為負(fù)極，若給出總反應(yīng)方程式則分析反應(yīng)中反應(yīng)中有關(guān)物質(zhì)元素化合價的變化，確定原電池的正極和負(fù)有關(guān)物質(zhì)元素化合價的變化，確定原電池的正極和負(fù)極極。（2 2）書寫電極反應(yīng)時，要將總化學(xué)反應(yīng)與正、負(fù)極反）書寫電極反應(yīng)時，要將總化學(xué)反應(yīng)與正、負(fù)極反應(yīng)聯(lián)系在一起考慮，它們具有加和性：應(yīng)聯(lián)系在一起考慮，它們具有加和性：化學(xué)反應(yīng)方程式化學(xué)反應(yīng)方程式=正極反應(yīng)方程式正極反應(yīng)方程式+ +負(fù)極反應(yīng)方程式。負(fù)極反應(yīng)方程式。（3 3）. . 在原電池反應(yīng)中，必須遵循在原電池反應(yīng)中，必須遵循得失

12、電子守恒得失電子守恒。（4 4）. . 介質(zhì)參與電極反應(yīng)的原則：原電池的兩極反應(yīng)介質(zhì)參與電極反應(yīng)的原則：原電池的兩極反應(yīng)若均在一定介質(zhì)中進(jìn)行，介質(zhì)常常參與電極反應(yīng)。若均在一定介質(zhì)中進(jìn)行，介質(zhì)常常參與電極反應(yīng)。在在酸性介質(zhì)中，酸性介質(zhì)中，H H+ +可能反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中，可能反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中，OHOH可能可能反應(yīng)。反應(yīng)。2021/3/2919判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫出電極判斷右邊原電池的正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。反應(yīng)式。 Cu Cu C CFeClFeCl3 3溶液溶液負(fù)極：負(fù)極： CuCu 失電子失電子 CuCu - - 2e2e- - = = CuCu2+2+正極：正極： FeF

13、e3+3+得電子得電子 2Fe2Fe3+3+ + + 2e2e- - = = 2Fe2Fe2+2+A ACu+2FeClCu+2FeCl3 3 =CuCl =CuCl2 2 +2FeCl +2FeCl2 2先寫出總反應(yīng)：先寫出總反應(yīng)：即即 負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)負(fù)極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)拆成離子方程式：拆成離子方程式：CuCu + + 2Fe2Fe3 3 = = CuCu2 2 + + 2Fe2Fe2 2根據(jù)化合價升降判斷正負(fù)極根據(jù)化合價升降判斷正負(fù)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2021/3/2920請寫出請寫出右邊原電池的右邊原電池的電極電極方程式。方程式。總反應(yīng)方程式：

14、電極與電解液反應(yīng)的方程式總反應(yīng)方程式：電極與電解液反應(yīng)的方程式負(fù)極：負(fù)極：AlAl，失，失 Al3+ 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(fù)極根據(jù)化合價升降判斷正負(fù)極2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H22021/3/29212.2.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(yīng)：總反應(yīng)： 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(fù)極（通入燃料）：負(fù)極（通入燃料）： 為燃料失去電子的氧化反應(yīng)，為燃料失去電子的氧化反應(yīng)， 正極（通入

15、氧化劑）：正極（通入氧化劑）： 為氧化劑得到電子的還原反應(yīng)。為氧化劑得到電子的還原反應(yīng)。負(fù)極總反應(yīng)負(fù)極總反應(yīng): 2H: 2H2 2 - 4e- 4e- - + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O正極正極: : 總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng) 總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2H2 2+ O+ O2 22H2H2 2O O負(fù)極負(fù)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- -2021/3/2922三、原電池的設(shè)計

16、三、原電池的設(shè)計（一）負(fù)極參與的電池：（一）負(fù)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(fù)極，銅作正極如鋅銅原電池，鋅作負(fù)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(fù)極，石墨棒作正極如鋅錳干電池，鋅作負(fù)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(fù)極，如鉛蓄電池，鉛版作負(fù)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(dǎo)電）（電池的電極必須導(dǎo)電）電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個半反應(yīng)分

17、電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個半反應(yīng)分別在兩個燒杯中進(jìn)行，則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)別在兩個燒杯中進(jìn)行，則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng) 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。2021/3/2923請根據(jù)氧化還原反應(yīng)請根據(jù)氧化還原反應(yīng) :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+設(shè)計成原電池。設(shè)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(fù)極：負(fù)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

18、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。2021/3/29241.1.利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池；利用原電池原理設(shè)計新型化學(xué)電池；2.2.改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫改變化學(xué)反應(yīng)速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應(yīng)制取氫氣；酸反應(yīng)制取氫氣；3.3.進(jìn)行金屬活動性強(qiáng)弱比較；進(jìn)行金屬活動性強(qiáng)弱比較；4.4.電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極而受到保護(hù)。如在鐵器表面鍍鋅。而受到保護(hù)。如在鐵器表面鍍鋅。四、原電池的主要應(yīng)用：四、原電池的主要應(yīng)用：5

19、.5.解釋某些化學(xué)現(xiàn)象解釋某些化學(xué)現(xiàn)象2021/3/2925(1)比較金屬活動性強(qiáng)弱。比較金屬活動性強(qiáng)弱。例例1：下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負(fù)極；將甲乙作電極組成原電池時甲是負(fù)極；A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用導(dǎo)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(yīng)中，甲比乙失去的電子多還原反應(yīng)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(qiáng)；同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；（C）原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：2021/3/2926

20、(2)比較反應(yīng)速率比較反應(yīng)速率例例2 ： 下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是下列制氫氣的反應(yīng)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(yīng)中加入幾滴硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原電池原理應(yīng)用：原電池原理應(yīng)用：2021/3/2927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)2021/3/2928(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 0.168L升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為升氣體，