原电池课件(上课用).ppt.ppt

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第一节第一节 原原 电电 池池1.本节要点本节要点构成原电池的条件？构成原电池的条件？3.原电池的工作原理？原电池的工作原理？什么是原电池？什么是原电池？4.原电池的正负极和电子流向如何判断？原电池的正负极和电子流向如何判断？2.回顾旧知回顾旧知1 1、原电池、原电池 的装置。的装置。原电池反应的本质是发生原电池反应的本质是发生_ _ _反应。反应。2 2、原电池的构成条件：、原电池的构成条件：3 3、原电池正、负极规律、原电池正、负极规律 负极负极电子电子 的极。通常是活泼性的极。通常是活泼性 的的金属，发生金属，发生 反应反应正极正极电子电子 的极。通常是

2、活泼性的极。通常是活泼性 的金属的金属或非金属导体，发生或非金属导体，发生 反应反应 流出流出较强较强氧化氧化流入流入较弱较弱还原还原有两种活泼性不同的金属（或其中一种为非金属导体）有两种活泼性不同的金属（或其中一种为非金属导体）电解质溶液电解质溶液构成闭合回路构成闭合回路能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应将化学能转变为电能将化学能转变为电能氧化还原氧化还原氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应Cu2+2e- =Cu负离子负离子正正离子离子总反应：总反应：负极负极正极正极

3、 Cu2+2e- =CuZn-2e- =Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电极反应电极反应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）外电路外电路内电路内电路一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）负极负极（还原性）（还原性）还原反应还原反应氧化反应氧化反应正极正极（氧化性）（氧化性） 失失e 得得e电子电子e电流电流结论结论把氧化反应和还原反应分开在不把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，

4、再以适当的方式连接起来，同的区域进行，再以适当的方式连接起来，就可以获得电流就可以获得电流CuSO4 溶液溶液电流表指针发生偏转吗？两电流表指针发生偏转吗？两个电极上及溶液都有什么现象？个电极上及溶液都有什么现象？换成换成H2SO4现象又如何？现象又如何？该装置是否构成原电池？电流该装置是否构成原电池？电流表指针发生偏转吗？铜电极上表指针发生偏转吗？铜电极上有什么现象？有什么现象？实验探究实验探究1实验探究实验探究2指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片质量增加，指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片质量增加，溶液颜色变浅速度较快。溶液颜色变浅速度较快。是原电池，指针不偏转，铜极增重。是原电池，指针不偏转，铜极增

5、重。CuSO4 溶液溶液电流表指针发生偏转吗？电流表指针发生偏转吗？指针稳定吗？两个电极上都指针稳定吗？两个电极上都有什么现象？效率高吗？有什么现象？效率高吗？电流表指针发生偏转，但电流表指针发生偏转，但不稳定。放电时间短效率低，不稳定。放电时间短效率低，两个电极上都有红色物质生两个电极上都有红色物质生成成CuSO4 溶液溶液思考：如何才能得到思考：如何才能得到持续稳定的电流？将持续稳定的电流？将锌片与铜片隔离。锌片与铜片隔离。分析：分析： 由于锌片与硫酸铜溶液直接由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速面也构成了原电池，进一

6、步加速铜在锌表面析出，致使向外输出铜在锌表面析出，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，全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。也就没有电流产生。硫酸锌溶液硫酸锌溶液 硫酸铜溶液硫酸铜溶液上述装置构成原电池了吗？为什么？上述装置构成原电池了吗？为什么？怎样才能构成原电池呢？怎样才能构成原电池呢？为了避免发生这种现象，设计如下图（书为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图图4-1）所示的原电池装置，你能解释它）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？的工作原理吗？盐桥中通常装有含琼胶盐桥中通常装有含琼胶的的KClKCl饱和

7、溶液饱和溶液此装置优点：能稳定长此装置优点：能稳定长时间放电时间放电工作原理工作原理外电路外电路：Zn失去电子沿导线通过电流表进入失去电子沿导线通过电流表进入 铜片铜片内电路内电路： Zn原子失去电子成为原子失去电子成为Zn2+进入溶液，使进入溶液，使ZnSO4溶液因溶液因Zn2+增加而带正电，盐桥中增加而带正电，盐桥中的的Cl会移向会移向ZnSO4溶液；同时溶液；同时Cu2+获得电获得电子成为金属沉淀在铜片上，使子成为金属沉淀在铜片上，使CuSO4溶液溶液因因SO42相对增加而带负电，盐桥中的相对增加而带负电，盐桥中的K+移向移向CuSO4溶液，从而形成闭合回路。溶液，从而形成闭合回路。1.

8、1.组成组成两个半电池中负极两个半电池中负极烧杯中的电解烧杯中的电解质溶液应质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。与电极材料具有相同的阳离子。盐桥的作用盐桥的作用让溶液始终保持电中性让溶液始终保持电中性代替两溶液直接接触使两个烧杯中的代替两溶液直接接触使两个烧杯中的溶液连成一个通路溶液连成一个通路盐桥：盐桥：饱和饱和 KClKCl 溶液溶液( (以琼以琼 胶制作成冻胶胶制作成冻胶) )原电池原电池二、二、原电池原电池电极的判断和电极的判断和电极电极反应式书写反应式书写（1 1）. . 两极的判断两极的判断：若给出装置则与电解液反应的一极：若给出装置则与电解液反应的一极为负极，若给出总反应方程式

9、则分析为负极，若给出总反应方程式则分析反应中有关物质反应中有关物质元素化合价的变化，确定原电池的正极和负极元素化合价的变化，确定原电池的正极和负极。（2 2）书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极反）书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极反应联系在一起考虑，它们具有加和性：应联系在一起考虑，它们具有加和性：化学反应方程式化学反应方程式=正极反应方程式正极反应方程式+ +负极反应方程式。负极反应方程式。（3 3）. . 在原电池反应中，必须遵循在原电池反应中，必须遵循得失电子守恒得失电子守恒。（4 4）. . 介质参与电极反应的原则：原电池的两极反应介质参与电极反应的原则：原电池的两极反应若

10、均在一定介质中进行，介质常常参与电极反应。若均在一定介质中进行，介质常常参与电极反应。在在酸性介质中，酸性介质中，H H+ +可能反应，在碱性介质中，可能反应，在碱性介质中，OHOH可能可能反应。反应。判断右边原电池的正、负极，并写出电极判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。反应式。 CuCuFeClFeCl3 3溶液溶液负极：负极： CuCu 失电子失电子 Cu - 2eCu - 2e- - = Cu = Cu2+2+正极：正极： FeFe3+3+得电子得电子 2Fe2Fe3+3+ + 2e + 2e- - = 2Fe = 2Fe2+2+A ACu+2FeClCu+2FeCl3 3 =

11、CuCl =CuCl2 2 +2FeCl +2FeCl2 2先写出总反应：先写出总反应：即即 负极与电解质溶液反应负极与电解质溶液反应拆成离子方程式：拆成离子方程式：Cu + 2FeCu + 2Fe3 3 = Cu= Cu2 2 + 2Fe+ 2Fe2 2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极1.简单原电池电极方程式的写法简单原电池电极方程式的写法C请写出请写出右边原电池的右边原电池的电极电极方程式。方程式。总反应方程式：电极与电解液反应的方程式总反应方程式：电极与电解液反应的方程式负极：负极：AlAl，失，失 Al3+ Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成离子方程式：拆成离子方

12、程式：2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2三、 电极材料本身均不参与反应 两电极均为惰性电极，常见于燃料电池。两电极均为惰性电极，常见于燃料电池。 1 1、酸性介质、酸性介质 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：负极：2H2 - 4e-=4H+ 正极：正极：O2+ 4H+ + 4e-=2H2O a. 应考虑电解质对电极反应的影响应考虑电解质对电极反应的影响 b. 介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现O

13、H-离子离子 c. H+写在正极的反应物中写在正极的反应物中2、碱性介质（、碱性介质（当电解质溶液接近中性时当电解质溶液接近中性时 ） 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：负极：2H2+ 4OH- - 4e-=4H2O 正极：正极：O2 + 2H2O + 4e- =4OH-3 3、当电解质为能导电的固体时、当电解质为能导电的固体时 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 负极：负极：2H2-4e-+ 2O2- =2H2O 正极：正极：O2+4e-=2O2- 例一 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃

14、烧，则下列说法正确吗？1.负极上是O2获得电子，电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH- 2.负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O四、两电极材料均参与反应 两电极材料通常由金属和金属化合物构成。两电极材料通常由金属和金属化合物构成。 1、酸性介质、酸性介质 铅蓄电池铅蓄电池 ： Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 负极：负极：Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 正极：正极：PbO2+ SO42- + 4H+ + 2e-= PbSO4 + 2H2O a. 应考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物等）应考虑电解质对电极的

15、影响（如生成难溶物等） b. 介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子离子 c. H+写在正极的反应物中写在正极的反应物中2、碱性介质、碱性介质 爱迪生蓄电池爱迪生蓄电池 ： Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2 + Ni(OH)2 负极：负极：Fe + 2OH- 2e-= Fe(OH)2 正极：正极：NiO2+ 2H2O + 2e-=Ni(OH)2 + 2OH- a. 反应式两边不能出现反应式两边不能出现H+离子离子 b. OH-写在负极的反应物中写在负极的反应物中 例一 用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料 (用MH表示) ，NiO(OH

16、)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为： NiO(OH) +MH Ni(OH) 2+ M 1.电池放电时，负极的电极反应式:MH+ OH- e-=M + H2O例一、结合下图判断，下列叙述正确的是例一、结合下图判断，下列叙述正确的是A.A.和和中正极均被保护中正极均被保护B. B. 和和中负极反应均是中负极反应均是 Fe - 2eFe - 2e- - = Fe= Fe2+2+ C. C. 和和中正极反应均是中正极反应均是 O2+ 4e- + 2H2O=4OH- D. D. 和和中分别加入少量中分别加入少量K K3 3Fe(C N)F

17、e(C N)6 6 溶液，均有蓝色沉淀溶液，均有蓝色沉淀五、原电池的设计五、原电池的设计（一）负极参与的电池：（一）负极参与的电池：活泼性不同活泼性不同 的两种金属。的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极作正极（二）两极均不参与电池：（二）两极均不参与电池：惰性电极。惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt（电池的电极必须导电）（电

18、池的电极必须导电）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 与与电电极材料具有相同的阳离子极材料具有相同的阳离子。请根据氧化还原反应请根据氧化还原反应 :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+设计成原电池。设计成原电池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案?Cu Cu 2e- = Cu2+比比Cu不活泼的金属或石墨不活泼的金属或石墨2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO4 )3、FeCl3等等负极：负极：正

19、极：正极：电解质溶液：电解质溶液：练一练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若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。什么？试画出原电池的装置简图。练习.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的材料是_；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。铜铜AgNO3正正2Ag+ +2e-=2AgCu-2e-=Cu2+AgCu2.试将下列氧化还原反应分别设计成

20、两个试将下列氧化还原反应分别设计成两个能持续产生电流的原电池。能持续产生电流的原电池。2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ 1.1.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型化学电池；2.2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；酸反应制取氢气；3.3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；4.4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。而受到保护。如在铁器表面镀锌。六、原电池的主要应用：六、原电池的主要应用：5.5.解释某些化学现象解释某些化学现象(1)比

21、较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。例例1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2气放出气放出；B.在氧化在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；（C）原电池原理应用：原电池原理应用：(2)比较反应速率比较反应速率例例2 ： 下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率

22、最快的是粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸；B.A. 纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原电池原理应用：原电池原理应用：例例4：下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速片，放置一段时间后腐蚀速率由率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是(4)(2)(1)(3)(4)判断溶液判断溶液pH值变化值变化例例5： 在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段

23、时间后，从装置中共收集到若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为升气体，则流过导线的电子为 mol,溶溶液的液的pH值变值变_？（溶液体积变化忽略不计）？（溶液体积变化忽略不计）0.2解得：解得：y 0.015 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg3.75 1044 -lg3.75 答：答：0.015根据电极反应：根据电极反应：正极：正极：负极：负极：Zn2e-Zn2+2H+2e- H2得：得：2 2 22.4x y 0.168解：解：0.20.1252c(H+)余余2H+ 2eH2大大0.015原电池原理应用：原

24、电池原理应用：(5)原电池原理的综合应用原电池原理的综合应用例例6：市场上出售的：市场上出售的“热敷袋热敷袋”的主要成分为铁屑、的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋热敷袋”启启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开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。现有大量铁锈存在。1)“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出热量。放出热量。2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。3)加入氯化钠的主要作用是加入氯化钠的主要作用是 。4)木屑的作用是木屑的作用是 。铁被氧化铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化氯化钠溶于水、形成电解质溶液氯化钠溶于水、形成电解质溶液使用使用“热敷袋热敷袋”时受热均匀时受热均匀原电池原理应用：原电池原理应用：