上海高一化學(xué)原電池和電解池

1、學(xué) 科化 學(xué)年 級 高 二課時計劃 2 小時授課課題氧化還原反應(yīng)練習(xí)授課日期時間2017年 10月29日 13時00分15時 00 分教學(xué)目標(biāo)1、對氧化還原反應(yīng)知識的掌握2、學(xué)生對疑難知識點的提問，加強對氧化還原反應(yīng)知識的理解程度3、現(xiàn)在學(xué)生需要對知識進行總結(jié)、概括，形成自己的知識框架教學(xué)設(shè)計【復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容及講解作業(yè)】（ 15 分鐘） 【同步重點知識歸納】（ 30 分鐘） 【習(xí)題精講】（ 30分鐘） 【專題訓(xùn)練】（ 30 分鐘） 【能力拓展】（ 分鐘） 【真題訓(xùn)練】（ 分鐘） 【歸納總結(jié)】（ 10 分鐘） 【布置作業(yè)】（ 5 分鐘）作業(yè)評價1、2、3、4、存在問題和解決方案學(xué)生總結(jié)：學(xué)生

2、簽名：授課教師： 教務(wù)負責(zé)人： 日期： 年 月 日 上課內(nèi)容【復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容及講解作業(yè)】【同步重點知識歸納】第9章 知識梳理：原電池和電解池一、原電池 1、原電池的概念：通過氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的裝置稱為原電池，也可以說是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。 原電池放電時，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。例如銅鋅原電池又稱丹聶爾電池，其正極是銅極，浸中硫酸溶液中;負極是鋅板，浸在硫酸鋅溶液中。兩種電解質(zhì)溶液用鹽橋勾通，兩極用導(dǎo)線相連就組成原電池。平時使用的干電池，是根據(jù)原電池原理制成的。. 2.原電池的工作原理原電池反應(yīng)屬于放熱的反應(yīng)，一般是氧化還原反應(yīng)，但區(qū)別于一般的氧化還原反應(yīng)的是，電子轉(zhuǎn)

3、移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的，而是還原劑在負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子通過外電路輸送到正極上，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉(zhuǎn)移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導(dǎo)線中電子的定向移動構(gòu)成了閉合回路，使兩個電極反應(yīng)不斷進行，發(fā)生有序的電子轉(zhuǎn)移過程，產(chǎn)生電流，實現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。但是，需要注意，非氧化還原反應(yīng)一樣可以設(shè)計成原電池。從能量轉(zhuǎn)化角度看，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；從化學(xué)反應(yīng)角度看，原電池的原理是氧化還原反應(yīng)中的還原劑失去的電子經(jīng)外接導(dǎo)線傳遞給氧化劑，使氧化還原反應(yīng)分別在兩個電極上進行。3.原電池的形成條件a電極材料由兩種

4、金屬活潑性不同的金屬或由金屬與其他導(dǎo)電的材料（非金屬或某些氧化物等）組成。b.電解質(zhì)存在。c.兩電極之間有導(dǎo)線連接，形成閉合回路。d.發(fā)生的反應(yīng)是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。只要具備前三個條件就可構(gòu)成原電池。而化學(xué)電源因為要求可以提供持續(xù)而穩(wěn)定的電流，所以除了必須具備原電池的三個構(gòu)成條件之外，還要求有自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)。也就是說，化學(xué)電源必須是原電池，但原電池不一定都能做化學(xué)電池。形成前提：總反應(yīng)為自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。4.原電池的常見電極a.活潑性不同的金屬：如鋅銅原電池，鋅作負極，銅作正極；b.金屬和非金屬（非金屬必須能導(dǎo)電）：如鋅錳干電池，鋅作負極，石墨作正極；c.金屬與化合物如：鉛蓄電池，鉛板作負極

5、，二氧化鉛作正極；d.惰性電極如：氫氧燃料電池，電極均為鉑。5. 原電池的電極判斷負極：電子流出的一極（負極定義）；化合價升高的一極；發(fā)生氧化反應(yīng)的一極；活潑性相對較強（有時候也要考慮到電解質(zhì)溶液對兩極的影響）金屬的一極。（僅適用于原電池）正極：電子流入的一極（正極定義）；化合價降低的一極；發(fā)生還原反應(yīng)的一極；相對不活潑（有時候也要考慮到電解質(zhì)溶液對兩極的影響）的金屬或其它導(dǎo)體的一極。（僅適用于原電池）陽極：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極（陽極定義）陰極：發(fā)生還原反應(yīng)的電極（陰極定義）在原電池中，外電路為電子導(dǎo)電，電解質(zhì)溶液中為離子導(dǎo)電。6. 原電池的表示方法為書寫簡便，原電池的裝置常用方便而科學(xué)的符號來

6、表示。其寫法習(xí)慣上遵循如下幾點規(guī)定：（1） 一般把負極（如Zn棒與Zn2+離子溶液）寫在電池符號表示式的左邊，正極（如Cu棒與Cu2+離子溶液）寫在電池符號表示式的右邊。（2） 以化學(xué)式表示電池中各物質(zhì)的組成，溶液要標(biāo)上活度或濃度（mol/L），若為氣體物質(zhì)應(yīng)注明其分壓(Pa)，還應(yīng)標(biāo)明當(dāng)時的溫度。如不寫出，則溫度為298.15K，氣體分壓為101.325kPa，溶液濃度為1mol/L。（3） 以符號“”表示不同物相之間的接界，用“”表示鹽橋。同一相中的不同物質(zhì)之間用“，”隔開。（4） 非金屬或氣體不導(dǎo)電，因此非金屬元素在不同氧化值時構(gòu)成的氧化還原電對作半電池時，需外加惰性導(dǎo)體（如原電池鉑或石

7、墨等）做電極導(dǎo)體。其中，惰性導(dǎo)體不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電（輸送或接送電子）的作用，故稱為“惰性”電極。按上述規(guī)定，CuZn原電池可用如下電池符號表示：（-）Zn(s)Zn2+(C)Cu2+(C) Cu(s) （+）理論上，任何氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池，例如反應(yīng):Cl2+ 2H- 2Cl-+H2此反應(yīng)可分解為兩個半電池反應(yīng)：負極：2H- H2+ 2e-（氧化反應(yīng)）正極：Cl2+2e- 2Cl-（還原反應(yīng)）該原電池的符號為：（-）Pt I2(s)I- (C)Cl- (C)C2(PCL2) Pt（+）應(yīng)用1、直接轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置。又稱化學(xué)電池。由于各種型號的原電池氧化還原反應(yīng)的可逆性很差，

8、放完電后，不能重復(fù)使用，故又稱一次電池。它通常由正電極、負電極、電解質(zhì)、隔離物和殼體構(gòu)成，可制成各種形狀和不同尺寸，使用方便。廣泛用于工農(nóng)業(yè)、國防工業(yè)和通信、照明、醫(yī)療等部門原電池，并成為日常生活中收音機、錄音機、照相機、計算器、電子表、玩具、助聽器等常用電器的電源。原電池一般按負極活性物質(zhì)（如鋅、鎘、鎂、鋰等）和正極活性物質(zhì)（如錳、汞、二氧化硫、氟化碳等）分為鋅錳電池、鋅空氣電池、鋅銀電池、鋅汞電池、鎂錳電池、鋰氟化碳電池、鋰二氧化硫電池等。鋅錳電池產(chǎn)量最大，常按電解質(zhì)分為氯化銨型和氯化鋅型，并按其隔離層分為糊式電池和低極電池。以氫氧化鉀為電解質(zhì)的鋅錳電池，由于其負極(鋅)的構(gòu)造與其他鋅錳電

9、池不同而習(xí)慣上另作一類，稱為堿性鋅錳電池，簡稱堿錳電池，俗稱堿性電池。2、金屬的腐蝕與防護改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如把鋼中加Cr、Ni制成不銹鋼)在金屬表面覆蓋保護層a、在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質(zhì)。b、用電鍍、熱鍍、噴鍍的方法，在鋼鐵表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬。c、用化學(xué)方法使鋼鐵表面生成一層致密而穩(wěn)定的氧化膜。（表面鈍化）電化學(xué)保護法a外加電流的陰極保護法(把被保護的設(shè)備與外接電源的負極相連)b犧牲陽極的陰極保護法（被保護的設(shè)備與活潑的金屬相連接）3、判斷金屬的活潑性4、加快反應(yīng)速率2常見電池鋅錳干電池鋅錳電池具有原材料來源豐富、工藝簡單，價格便宜、使用方便等優(yōu)點，成為人

10、們使用最多、最廣泛的電池品種。鋅錳電池以鋅為負極，以二氧化錳為正極。按照基本結(jié)構(gòu)，鋅錳電池可制成圓筒形、扣式和扁形，扁形電池不能單個使用，可組合疊層電池（組）。按照所用電解液的差別將鋅錳電池分為三個類型：(1)銨型鋅錳電池：電解質(zhì)以氯化銨為主，含少量氯化鋅。電池符號:(-) ZnNH4ClZnCl2MnO2C（石墨）(+)總電池反應(yīng)： Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O(2) 鋅型鋅錳電池：又稱高功率鋅錳電池，電解質(zhì)為氯化鋅，具有防漏性能好，能大功率放電及能量密度較高等優(yōu)點，是鋅錳電池的第二代產(chǎn)品，20世紀70年代初首先由德國推出。與銨原電池型電池相比鋅

11、型電池長時間放電不產(chǎn)生水，因此電池不易漏液。電池符號：(-) ZnZnCl2MnO2(+)總電池反應(yīng)（長時間放電）：Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl22ZnO4H2O+2Mn3O4(3) 堿性鋅錳電池：這是鋅錳電池的第三代產(chǎn)品，具有大功率放電性能好、能量密度高和低溫性能好等優(yōu)點。電池符號：(-) ZnKOHMnO2(+)總電池反應(yīng)： Zn+2H2O+MnO2=Mn(OH)2+Zn(OH)2鋅錳電池額定開路電壓為1.5V，實際開路電壓1.51.8V ，其工作電壓與放電負荷有關(guān)，負荷越重或放電電阻越小，閉路電壓越低。用于手電筒照明時，典型終止電壓為0.9V，某些收音機允許電壓降

12、至0.75V。鋰原電池又稱鋰電池，是以金屬鋰為負極的電池總稱。鋰的電極電勢最負相對分子質(zhì)量最小，導(dǎo)電性良好，可制成一系列貯存壽命長，工作溫度范圍寬的高能電池。根據(jù)電解液和正極物質(zhì)的物理狀態(tài)，鋰電池有三種不同的類型，即：固體正極有機電解質(zhì)電池、液體正極液體電解質(zhì)電池、固體正極固體電解質(zhì)電池。Li(CF)n的開路電壓為3.3V，比能量為480WhL-1，工作溫度在-5570間，在20下可貯存10年之久！它們都是研制的新產(chǎn)品，主要用于軍事、空間技術(shù)等特殊領(lǐng)域，在心臟起搏器等微、小功率場合也有應(yīng)用。鋰電池與鋰離子電池不同。前者是一次電池，后者可反復(fù)充電。蓄電池蓄電池在放電過程中屬于原電池反應(yīng)。這類電極

13、反應(yīng)都有電解質(zhì)溶液參與，如果能分析清楚電解質(zhì)溶液是否參與電極反應(yīng)，那么負極的電極反應(yīng)式和正極的電極反應(yīng)式的書寫就可迎刃而解了?，F(xiàn)以鉛酸蓄電池為例來分析電極反應(yīng)式的書寫方法。鉛酸蓄電池的總反應(yīng)為：Pb+ PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O根據(jù)原電池的工作原理分析，負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，可知：Pb2e-=Pb2+，生成的Pb2+進入電解質(zhì)溶液中，Pb2+與溶液中的SO42-不能共存，要繼續(xù)反應(yīng)生成PbSO4，即：Pb2+SO42-=PbSO4，因此在原電池的負極反應(yīng)式為+即：Pb2e-+SO42-=PbSO4；正極是得電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極，則有:PbO2+2e-=Pb2+2O2-

14、，Pb2+和O2-進入溶液中，由于電解質(zhì)溶液是H2SO4溶液，O2-在酸性環(huán)境中，不能單獨存在，可供O2-結(jié)合的微粒有H+和H2O，O2-在酸性環(huán)境中優(yōu)先結(jié)合H+生成H2O，這樣在正極發(fā)生的反應(yīng)有：4H+2O2-=2H2O；Pb2+SO42-=PbSO4根據(jù)以上分析可知正極反應(yīng)式為+即：PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O。（注意：在電極反應(yīng)式中應(yīng)遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒；在負極反應(yīng)式與正極反應(yīng)式相加求總反應(yīng)時要注意得失電子數(shù)要相等。）再如：AgZn高能電池（鈕扣電池）由Ag2O、Zn及KOH溶液組成?？偡磻?yīng)為：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag根據(jù)原電池原理可

15、知：Zn做負，Ag2O做正極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。負極極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負極反應(yīng)為：Zn2e-=Zn2+，Zn2+進入溶液后又與溶液中的OH-反應(yīng)Zn2+2OH-=Zn(OH)2。所以負極反應(yīng)為：Zn2e-+2OH-=Zn(OH)2;正極為Ag2O得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，即Ag2O+2e-=2Ag+O2-;O2-在中性或堿性環(huán)境中也不能單獨存在，只能結(jié)合H2O生成OH-，故在中性或堿性條件下O2-+H2O=2OH-，所以正極反應(yīng)式為：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-。原電池腐蝕原電池腐蝕亦稱電偶腐蝕或雙金屬腐蝕。是由相互接觸的兩種不同金屬材料與周圍導(dǎo)電溶液組成原電池而引起的

16、電化學(xué)腐蝕(見腐蝕類型)。其中作為陽極的金屬發(fā)生溶解，造成蝕損; 作為陰極的金屬，則往往得到保護。海洋開發(fā)中的機械設(shè)備和各種構(gòu)筑物經(jīng)常是用不同金屬材料制造的，周圍海水又是導(dǎo)電性良好的電解質(zhì)溶液，所以，原電池腐蝕頗為常見。原電池腐蝕與不同金屬材料在海水中的自然電勢之差，以及它們的相對面積之比和距離有關(guān)。電勢相差越大，陰極面積越大，陽極極化越小，回路電阻越小，則陽極腐蝕情況越嚴重; 反之亦然。在海洋大氣帶，原電池腐蝕一般只局限在不同金屬連接處附近，屬于局部原電池腐蝕。在海水全浸條件下，原電池作用可以遠至百米，例如青銅螺旋槳和船體裸露鋼板之間，可以構(gòu)成大型原電池而造成船體腐蝕?？刂苹驕p輕原電池腐蝕的

17、措施有：1、在設(shè)計和施工中盡量避免或消除形成原電池的可能因素，例如選用相同材料或自然電勢相近的材料制做整體結(jié)構(gòu);2、避免不同金屬材料，特別是自然電勢相差較大的材料直接接觸，必要時應(yīng)使兩者之間保持良好的絕緣;3、盡量減小陰極區(qū)的相對面積，包括在陰極區(qū)面上涂漆覆蓋;4、設(shè)計陽極區(qū)部件時可考慮便于更換或加大余量;5、適當(dāng)選用緩蝕劑(見緩蝕劑);6、施加陰極保護(見陰極保護)等。3電極反應(yīng)負極：活潑金屬失電子，看陽離子能否在電解液中大量存在。如果金屬陽離子不能與電解液中的離子共存，則進行進一步的反應(yīng)。例：甲烷燃料電池中，電解液為KOH，負極甲烷失8個電子生成CO2和H2O，但CO2不能與OH-共存，要

18、進一步反應(yīng)生成碳酸根。正極：當(dāng)負極材料能與電解液直接反應(yīng)時，溶液中的陽離子得電子。例：鋅銅原電池中，電解液為HCl，正極H+得電子生成H2。當(dāng)負極材料不能與電解液反應(yīng)時，溶解在電解液中的O2得電子。如果電解液呈酸性，O2+4e-+4H+=2H2O；如果電解液呈中性或堿性，O2+4e-+2H2O=4OH-。特殊情況:Mg-Al-NaOH，極。負極：Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O；正極：2H2O+2e-=H2+2OH-Cu-Al-HNO3，Cu作負極。注意：Fe作負極時，氧化產(chǎn)物是Fe2+而不可能是Fe3+；肼（N2H4）和NH3的電池反應(yīng)產(chǎn)物是H2O和N2無論是總反應(yīng)，還是電極反應(yīng)

19、，都必須滿足電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒。pH變化規(guī)律電極周圍：消耗OH-(H+)，則電極周圍溶液的pH減小（增大）；反應(yīng)生成OH-(H+)，則電極周圍溶液的pH增大（減?。?。切記，電極周圍只要消耗OH-，PH就減小，不會受“原電池中OH-（陰離子）向負極移動”的影響。溶液：若總反應(yīng)的結(jié)果是消耗OH-(H+)，則溶液的pH減?。ㄔ龃螅?；若總反應(yīng)的結(jié)果是生成OH-(H+)，則溶液的pH增大（減?。蝗艨偡磻?yīng)消耗和生成OH-(H+)的物質(zhì)的量相等，則溶液的pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。1CuH2SO4Zn原電池正極：2H+2e-H2負極：

20、Zn-2e-Zn2+總反應(yīng)式：Zn+2H+Zn2+H22CuFeCl3C原電池正極：2Fe3+ 2e-2Fe2+負極：Cu-2e-Cu2+總反應(yīng)式：2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+3鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕正極：O2+2H2O+4e-4OH-負極：2Fe-4e-2Fe2+總反應(yīng)式：2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)24氫氧燃料電池（堿性介質(zhì)）正極：O2+2H2O+4e-4OH-負極：2H2-4e-+4OH-4H2O總反應(yīng)式：2H2+O22H2O5氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)）正極：O2+4H+ 4e-2H2O負極：2H2-4e-4H+總反應(yīng)式：2H2+O22H2O6氫氧燃料電池（中性介質(zhì)）正

21、極：O2+2H2O+4e- 4OH-負極：2H2-4e-4H+總反應(yīng)式：2H2+O22H2O7鉛蓄電池（放電）正極 (PbO2) ：PbO2+2e-+SO42-+4H+PbSO4+2H2O負極 (Pb) ：Pb-2e-+SO42-PbSO4總反應(yīng)式：Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O8AlNaOHMg原電池正極：6H2O+6e-3H2+6OH-負極：2Al-6e-+8OH-2AlO2-+4H2O總反應(yīng)式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+ 3H29CH4燃料電池(堿性介質(zhì))正極：2O2+4H2O+8e-8

22、OH-負極：CH4-8e-+10OH-CO32- +7H2O總反應(yīng)式：CH4+2O2+2OH-=CO32- +3H2O11銀鋅紐扣電池(堿性介質(zhì))正極 (Ag2O) ：Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-負極 (Zn) ：Zn+2OH-2e-ZnO+H2O總反應(yīng)式：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag12. 堿性鋅錳電池（KOH介質(zhì)）正極(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-負極(Zn)：Zn+2OH-2e-Zn(OH)2總反應(yīng)式：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2【習(xí)題精講】【專題訓(xùn)練】【歸納總結(jié)】 【布置作業(yè)】 家長留言意見： 家長簽名： 日期：

23、 備注：1；碘酒 ：又稱為碘酊，為紅棕色的液體，主要成分為碘、碘化鉀。有碘與乙醇特臭。色澤隨濃度增加而變深。適應(yīng)癥為用于皮膚感染和消毒。2：漂白粉和漂白精：兩者還是有很大區(qū)別的。首先要明確一點，這兩種都是粉末狀固態(tài)混合物，雖然主要有效成分都是次氯酸鈣，但二者中的氯化鈣含量有很大區(qū)別。漂白粉的制備相對簡單，就是將氯氣與消石灰混合，根據(jù)這個化學(xué)反應(yīng)知道，其中氯化鈣含量是很高的。氯化鈣粉末的存在會導(dǎo)致一個很大的問題，就是它很容易吸水潮解，從而使漂白粉失效。所以為了使其中的有效成分次氯酸鈣不容易失效，就必須降低其中的氯化鈣含量。降低氯化鈣含量的方法有很多，包括物理分離，化學(xué)轉(zhuǎn)化等。這樣得到的氯化鈣含量相對較低的混合物就是漂粉精。高中化學(xué)課本中所謂的“氯氣與消石灰充分反應(yīng)”是一種簡化的說法，這里的“充分”代表了一系列的物理，化學(xué)過程。有興趣的話可查找一下“漂粉精生產(chǎn)原理”。3：紅寶石：是指顏色呈紅色的剛玉，它是剛玉的一種，主要成分是氧化鋁(AlO)。4；氯氣,液氯,氯水區(qū)別? 液氯和氯氣都是純凈物,僅有氯分子,氯水則是混合物,含有多種分子和離子（主要成分