原電池原理及其應(yīng)用

1、原電池化學(xué)電源 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量原電池原理及其應(yīng)用1、概念：原電池是_的裝置。 原電池反應(yīng)的本質(zhì)是_反應(yīng)。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能氧化還原一、原電池 原電池是以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個電極上進行，從而產(chǎn)生電流、實現(xiàn)化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的裝置。氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+ 銅鋅原電池電解質(zhì)溶液鹽橋失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)Cu2+2e- =Cu陰離子陽離子總反應(yīng)：負(fù)極正極 Cu2+2e- =CuZn-2e- =Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+Cu(離子方程式）正極：負(fù)極：（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）陽離子2、原電池原理(以銅鋅硫酸銅原電池為例)外電路內(nèi)電路電極反應(yīng)

2、例1、在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是 （ ） A. 正極附近的SO42離子濃度逐漸增大 B. 電子通過導(dǎo)線由銅片流向鋅片 C. 銅片上有H2逸出 D. 電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片C例題2、有關(guān)電化學(xué)知識的描述正確的是 ()A.CaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的熱，故可把該反應(yīng)設(shè)計成原電池，把其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.某原電池反應(yīng)為Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液C.原電池的兩極一定是由活動性不同的兩種金屬組成D.理論上說，任何能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計成原電池D3、原電池的形成條件：

3、兩極一液一連線（1）活動性不同的兩個電極。 活動性不同的金屬 金屬和非金屬導(dǎo)體 金屬和金屬氧化物(鉛蓄電池，銀鋅電池）特例：燃料電池中兩個不活潑的導(dǎo)體石墨或Pt等 （2）電解質(zhì)溶液(電極材料均插入電解質(zhì)溶液中)。 （3）形成閉合回路(電極用導(dǎo)線連接或直接接觸)。 （4）內(nèi)部條件：能自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)。例3、下列哪幾個裝置能形成原電池？ABCDEFMN例題4、分析下圖所示的四個原電池裝置，結(jié)論正確的是 ()A.中Mg作負(fù)極，中Fe作負(fù)極B.中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O6e=6OH3H2C.中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2D.中Cu作正極，電極反應(yīng)式為2H2e=H2B解析中Mg不

4、與NaOH溶液反應(yīng)，而Al能和NaOH溶液反應(yīng)失去電子，故Al是負(fù)極；中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃HNO3反應(yīng)失去電子作負(fù)極，A、C錯；中電池總反應(yīng)為2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，負(fù)極反應(yīng)式為2Al8OH6e=2AlO24H2O，二者相減得到正極反應(yīng)式為6H2O6e=6OH3H2，B正確；中Cu是正極，電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH，D錯。 說明原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定作負(fù)極的思維定勢。 4、正負(fù)極的判斷方法思考：判斷原電池的正負(fù)極的方法有哪些？5、對原電池工作原理的進一步探究造成的主要原因：由于在銅極上很快就聚

5、集了許多氫氣泡，把銅極跟稀硫酸逐漸隔開，這樣就增加了電池的內(nèi)阻，這種作用會阻礙H+ 在Cu 片上繼續(xù)得電子，Zn 片上的電子也就不能順暢地輸送到Cu 片上，電流不能暢通，有些H+ 就直接在Zn 片上奪取電子生成H2。 ？提出問題： 將鋅片和銅片置于稀硫酸構(gòu)成原電池，如果用它做電源，不但效率低(部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能)，而且時間稍長電流就很快減弱，因此不適合實際應(yīng)用。這是什么原因造成的呢？ 由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，在反應(yīng)一段時間后，難以避免溶液中有銅離子在鋅片表面直接還原，一旦有少量的銅在鋅片表面析出，即在負(fù)極(鋅)表面也構(gòu)成了原電池，進一步加速銅在負(fù)極鋅表面析出，致使向外輸出的電流強度減弱

6、。當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，不再構(gòu)成原電池了，也就沒有電流再產(chǎn)生。？如果將稀硫酸換為硫酸銅溶液，情況又會怎樣呢？ 為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，設(shè)計如右圖所示的原電池裝置，你能解釋它的工作原理嗎？ZnSO4CuZnCuSO4鹽橋分析：改進后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流？如果取出鹽橋有無電流產(chǎn)生？鹽橋在此的作用是什么？鹽橋制法：1)將熱的瓊膠溶液倒入U形管中(注意不要產(chǎn)生裂隙)，將冷卻后的U形管浸泡在KCl或KNO3的飽和溶液中即可。2)將KCl或KNO3的飽和溶液裝入U形管，用棉花堵住管口即可。在外電路中連一電流計，有鹽橋存在時電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即有電流通過電路；取出鹽橋，電流計指針即回到零

7、點，說明沒有電流通過。鹽橋的作用：（1）連接內(nèi)電路，形成閉合回路。得出結(jié)論（2）平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。 在整個裝置的電流回路中，溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋，Zn失去電子形成的Zn2+進入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時，CuSO4則由于Cu2+ 變?yōu)镃u ，使得 SO42-相對較多而帶負(fù)電荷。溶液不保持電中性，這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流中斷。ZnSO4CuZnCuSO4鹽橋ZnSO4CuZnCuSO4鹽橋 由于鹽橋（如KCl）的存在，其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴散和遷移，陽離子K+則向CuSO4溶液擴散和遷移，分

8、別中和過剩的電荷，保持溶液的電中性，因而放電作用不間斷地進行，一直到鋅片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，可用KNO3代替KCl作鹽橋。(1)比較金屬活動性強弱練習(xí)1：下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是：（ ）A.用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸中，乙溶解，甲上有H2氣放出；B.在氧化還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負(fù)極；D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強C6、原電池原理應(yīng)用：(2)加快氧化還原反應(yīng)速率練習(xí)2 ：下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是： （ ）A.純鋅和1mol/L 硫酸； B.純鋅和18 mol/L 硫酸；C.粗鋅和 1mol/L 鹽酸；D.粗鋅和1mol/L 硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。 D (3)用于金屬的防護練習(xí)3：下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是(5)(2)(1)(3)(4)練習(xí)4：試根據(jù)反應(yīng)：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)+2Ag設(shè)計成原電池，畫出裝置圖，并寫出電極反應(yīng)式。若用到鹽橋，則鹽橋中電解質(zhì)可用 。KNO3溶液(4)設(shè)計制作化學(xué)電源思考題：把適合題意的圖像填在橫線上(用A、B、C、D表示)(1)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液