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- 2021-07-09 发布
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第四章 电化学基础
第一节 原电池
1、电化学:
2、从反应产物与电流的关系分类:
阅读教材P70 回答
研究化学能与电能相互转换的装置、
过程和效率的科学
①产生电流的反应→→原电池
②借助电流而发生的反应→→原电池
复习回顾
1、原电池是______________________的装置。
原电池反应的本质是____________________反应。
将化学能转化为电能
氧化还原反应
2、如右图所示,组成的原电池:
(1)当电解质溶液为稀H2SO4时:
Zn电极是____(填“正”或“负”)极,
其电极反应为_______________,该反应
是______(填“氧化”或“还原”,下同)反应;
Cu电极是______极,其电极反应为
_______________,该反应是_________反应。
(2)当电解质溶液为CuSO4溶液时: Zn电极
是____极,其电极反应为_____________,
该反应是________反应;Cu电极是____极,
其电极反应为_______________,该反应_____
反应.
负
Zn-2e- = Zn2+
氧化
正
2H+ +2e- =H2↑ 还原
负 Zn-2e- =Zn2+
氧化 正
Cu2+ +2e- = Cu 还原
氧化反应
Zn-2e=Zn2+
铜锌原电池
电解质
溶液
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
总反应:
负极 正极
Cu2++2e- =Cu
Zn-2e- =Zn2+
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
(离子方程式)
(化学方程式)
电
极
反
应
正极:
负极: (氧化反应)
(还原反应)
阳离子
外电路
内电路
1.电路:
外电路
内电路
电子流向:失电子的一极向得电子的一极
电流方向:与电子流动方向相反
阴离子流动方向与电子流动方向一致
阳离子流动方向与电流方向一致
2.电极:
正极:电子流入的一极
负极:电子流出的一极
3.电极反应式:
正极: 2H++ 2e-= H2↑
负极: Zn-2e-= Zn2+
4.总反应式:Zn+ 2H+ = Zn2+ + H2↑
锌铜原电池工作原理
提出问题:
上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸
的原电池,如果用它做电源,不但效率低,而且时间稍长
电流就很快减弱,因此不适合实际应用。这是什么原因造
成的呢?有没有什么改进措施?
造成的主要原因:由于在铜极上很快就聚集了许多氢气
泡,把铜极跟稀硫酸逐渐隔开,这样就增加了电池的内
阻,使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。
一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究
为了避免发生这种现象,设计如下图(书P71图4-1)所示
的原电池装置,你能解释它的工作原理吗?
硫酸铜 硫酸铜
此电池的优点:
能产生持续、稳
定的电流。
盐桥制法:1)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。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管,
用棉花都住管口即可。
实验三(书71页实验4-1)
实验探索
实验现象:
分析:改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流?
盐桥在此的作用是什么?
参考教材72页 第三段
有盐桥存在时电流计指针
发生偏转,即有电流通过电路。
取出盐桥,电流计指针即
回到零点,说明没有电流通过。
盐桥的作用:
(1)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。
由于盐桥(如KCl)的存在,其中阴离子Cl-向
ZnSO4溶液扩散和迁移,阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和
迁移,分别中和过剩的电荷,保持溶液的电中性,因而
放电作用不间断地进行,一直到锌片全部溶解或 CuSO4
溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl
溶液反应产生沉淀,可用NH4NO3代替KCl作盐桥。
(2)平衡电荷。
在整个装置的电流回路中,溶液中的电流通路是靠离
子迁移完成的。取出盐桥,Zn失去电子形成的Zn2+进入
ZnSO4溶液,ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时,
CuSO4则由于Cu2+变为Cu,使得SO42-相对较多而带负电荷。
溶液不保持电中性,这两种因素均会阻止电子从锌片流向
铜片,造成电流中断。
请同学们思考:
上述原电池装置是将什么反应的
化学能转换成电能的?指出电池
的正负极,并分别写出其中负极
和正极的电极反应式以及该电池
的总反应方程式。 ZnSO4溶液 CuSO4溶
液
负极(锌片): Zn-2e- =Zn2+ (氧化反应)
正极(铜片): Cu2+ +2e-=Cu (还原反应)
电池反应(总化学方程式):Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu
电池符号: Zn ︱ ZnSO4‖ CuSO4 ︱ Cu
负极 盐桥 正极
一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究
二、由两个半电池组成原电池的工作原理
(1)把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行,再以
适当方式连接,可以获得电流。
①在这类电池中,用还原性较强的物质作为负极,负极向
外电路提供电子;用氧化性较强的物质作为正极,正极从
外电路得到电子。
②在原电池的内部,两极浸在电解质溶液中,并通过阴阳
离子的定向运动而形成内电路。
练习:锌铜原电池产生电流时,阳离子( )
A 移向Zn 极,阴离子移向Cu 极
B 移向Cu 极,阴离子移向Zn 极
C 和阴离子都移向Zn极
D 和阴离子都移向Cu 极
B
二、实验探究形成原电池的条件
(可以) (可以) (可以)
(不可以)
形成条件一:
活泼性不同的两个电极
负极:较活泼的金属
正极:较不活泼的金属、石墨等
(可以) (不可以)
形成条件二:电极需插进电解质溶液中;
实验探究形成原电池的条件
实验探究形成原电池的条件
形成条件三:必须形成闭合回路
(不可以)可以
(2)组成原电池的条件
(1)有两种活动性不同的金属(或一种是非金属单质
或金属氧化物)作电极。
(2)电极材料均插入电解质溶液中。
(3)两极相连形成闭合电路。
CuFe
H2SO4
CuZn
H2SO4
CuFe
NaCl溶液
CuFe
NaCl溶液
CuZn
酒精
CuZn
H2SO4 H2SO4
A B C D
E F M
nZ nZ
4OS2H
N
nZ Cu
4OS2Cu
uC
4OS2H
1.下列哪几个装置能形成原电池?
O
V XV
V
X
X X X
V
A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
三、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根据电极增重还是减重
④根据电极有气泡冒出:
——负极
——正极
C
3.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线
两两相连组成原电池。若a、b相连时,a为负极;c、
d相连时,电流由d到c;a、c相连时,c极上产生大
量气泡,b、d相连时,b上有大量气泡产生,则四
种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( )
A.a > b > c > d B.a > c > d > b
C.c > a > b .> d D.b > d > c > a
B
4、如图所示,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线
将其悬在盛水的烧杯中,使之平衡;小心的向烧杯
中央滴入CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是 ( D )
A. 铁圈和银圈左右摇摆不定
B. 保持平衡状态
C. 铁圈向下倾斜,银圈向上倾斜
D. 银圈向下倾斜,铁圈向上倾斜
1.简单原电池电极方程式的写法
①判断右边原电池的正、负极,并写出电极
反应式。
Cu C
FeCl3溶液
负极: Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+
正极: Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
A
先写出总反应:即 负极与电解质溶液反应
拆成离子方程式:
根据化合价升降判断正负极
三、电极方程式的书写
1.简单原电池电极方程式的写法
②请写出右边原电池的电极方程式。
总反应方程式:
Mg Al
NaOH溶液
A
拆成离子方程式:
2Al + 2OH- + 2H2O = 2AlO2- + 3H2↑
根据化合价升降判断正负极
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
负极总反应: 2H2 - 4e- + 4OH- =4H2O
正极: 总反应-负极反应
总反应:2H2+ O2=2H2O
负极: H2 失e-
4H+ + 4OH- =4H2O
2H2 - 4e- = 4 H+
O2 + 2H2O + 4e- =4OH-
3.复杂原电池电极方程式的书写
方法点拨:写电极方程式的时候,要根据“得电子显负电;
失电子显正电”的原则,
利用“电荷守恒”,通过巧用H+、OH-和水写出电极方程式
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4↓+2H2O
练习:写出铅酸蓄电池的电极反应:
四、原电池的设计
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,铅版作负极,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
(电池的电极必须导电)
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
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。
请根据氧化还原反应 :
Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+
设计成原电池。你有哪些可行方案?
Cu Cu – 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?试画出原电池的装置简图。
1.利用原电池原理设计新型化学电池;
2.改变化学反应速率,如实验室用粗锌与硫
酸反应制取氢气;
3.进行金属活动性强弱比较;
4.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。
五、原电池的主要应用:
5.解释某些化学现象
(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
C.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
上有H2气放出;
B.在氧化–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;
(C)
原电池原理应用:
(2)比较反应速率
例2 :下列制氢气的反应速率最快的是
粗锌和 1mol/L 盐酸;
B.
A. 纯锌和1mol/L 硫酸;
纯锌和18 mol/L 硫酸;
C.
粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。D.
( D )
原电池原理应用:
(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)
原电池原理应用:
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值变_________?(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
答:……
-0.015
根据电极反应:
正极:
负极: Zn-2e-=Zn2+
2H++2e- =H2↑
得:
2 2 22.4
x y 0.168
解:
0.2×0.125×2c(H+)余∴
2H+ —— 2e——H2↑
大
0.015
原电池原理应用:
(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。
1)“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
使用“热敷袋”时受热均匀
原电池原理应用:
拓展练习
(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的
现象。
两极反应式为:正极 ;
负极 。
该装置将 能转化为 能。
(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,
则负极为 ,
总反应方程为 。
镁逐渐溶解,铝极上有气泡冒出,电流表指针发生偏转;
2H++2e—=H2↑
Mg-2e—=Mg2+
化学能 电能
Al
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
小 结
1定义:
(1)由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理
原电池
把化学能转化成电能的装置。
2、原电池的工作原理
较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)
通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。
负极 正极
电子流向
电流流向
(2)形成原电池的条件
(3)原电池的正负极的判断方法
(4)电极材料的选择(电池的电极必须导电)
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