原电池课件(上课用).ppt

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 1、原电池：、原电池：（1 1）定义：）定义：将将化学能化学能转变为转变为电能电能的装置。的装置。（2）反应本质：氧化还原反应氧化还原反应（3 3）原电池正负电极的判断方法原电池正负电极的判断方法负极：负极：正极：正极：电子电子流出流出，发生失电子的氧化反应，发生失电子的氧化反应电子电子流入流入，发生得电子的还原反应发生得电子的还原反应知识回顾知识回顾根据电极材料判断根据电极材料判断练习：判断下列原电池的正负极练习：判断下列原电池的正负极.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负极负极:较活泼的金属较活泼的金属正极正极:较不活泼的金属或非金属导体较不活泼的金属或非金属导体-+-+-+-+根据电子或电流流动方向判断（外电路）：根据电子或电流流动方向判断（外电路）：电子从负极流出 沿导线 流入正极电流从正极流出 沿导线 流入负极ee根据离子的定向移动方向（内电路）根据离子的定向移动方向（内电路）阳离子向正极移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阴离子向负极移动根据电极反应判断根据电极反应判断失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极负极得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极正极根据现象判断根据现象判断电极不断溶解：电极不断溶解：负极负极有气泡冒出、有固体析出：有气泡冒出、有固体析出：正极正极根据离子方程式判断根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极）（在正极）实验探究实验探究请根据反应请根据反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu 分析该反应氧化剂、还原剂及电子转移情分析该反应氧化剂、还原剂及电子转移情况和现象及反应快慢。况和现象及反应快慢。CuSO4CuSO4 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，铜极增重。（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）2.原电池的形成条件：原电池的形成条件：（1）活泼性不同的两个电极）活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属。（一定吗？）负极：较活泼的金属。（一定吗？）正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？(2)电极需插进电解质溶液中；电极需插进电解质溶液中；(3)必须形成闭合回路；必须形成闭合回路；（可以）（可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）(4)能自发发生氧化还原反应；能自发发生氧化还原反应；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接触，铜在锌片表面由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产完全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。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？怎样才能构成原电池上述装置构成原电池了吗？为什么？怎样才能构成原电池呢？呢？为了避免发生这种现象，设计如下图（为了避免发生这种现象，设计如下图（P71图图4-1）所示的原电池装置，你能解释它的）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？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 铜铜片片内电路内电路：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，盐桥中的增加而带正电，盐桥中的Cl会移向会移向ZnSO4溶液；同时溶液；同时Cu2+获得电子成为金属沉淀在铜片上，使获得电子成为金属沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因溶液因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。组成组成两个半电池左两个半电池左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的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。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溶液连成一个通路代替两溶液直接接触使两个烧杯中的溶液连成一个通路盐桥：盐桥：饱和饱和 KCl KCl 溶液溶液(以琼胶制作成冻胶以琼胶制作成冻胶)氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质溶液电解质溶液失失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阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 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）电电极极反反应应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子原原 电电 池池 原原 理理外电路外电路内电路内电路2 2、原电池的工作原理、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同的区域进行，再以适把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，再以适当的方式连接起来，就可以获得电流当的方式连接起来，就可以获得电流二、电极反应式的判断和书写二、电极反应式的判断和书写（1 1）.原电池两极的判断原电池两极的判断：若给出装置则与电解液反应的一极为负极，若给出总反应：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则分析方程式则分析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。（2 2）书书写写电电极极反反应应时时，要要将将总总化化学学反反应应与与正正、负负极极反反应应联联系系在在一一起起考考虑虑，它它们们具具有有加和性：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）.介介质质参参与与电电极极反反应应的的原原则则：原原电电池池的的两两极极反反应应若若均均在在一一定定介介质质中中进进行行，介介质质常常常参与电极反应。常参与电极反应。在酸性介质中，在酸性介质中，H H+可能反应，在碱性介质中，可能反应，在碱性介质中，OHOH可能反应。可能反应。判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。Cu Cu C CFeClFeCl3 3溶液溶液负极：负极：CuCu 失电子失电子 CuCu -2e2e-=CuCu2+2+正极：正极：FeFe3+3+得电子得电子 2Fe2Fe3+3+2e2e-=2Fe2Fe2+2+A A Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=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：CuCu +2Fe2Fe3 3 =CuCu2 2+2Fe2Fe2 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e e-2Al -6e 2Al -6e 2 2Al3+2Al2Al3+3+8OH+8OH-=2AlO=2AlO2 2-+4H+4H2 2OO 负极总反应：负极总反应：负极总反应：负极总反应：2Al+8OH2Al+8OH-6e6e 2AlO2AlO2 2-+4H+4H2 2O O 正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应正极：总反应负极反应6H6H2 2O O 6e6e 6OH6OH 3H3H2 2 Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成离子方程式：拆成离子方程式：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+3H22.2.燃料电池电极方程式的写法燃料电池电极方程式的写法 总反应：总反应：实际上就是燃料的完全燃烧。实际上就是燃料的完全燃烧。负极（通入燃料）：负极（通入燃料）：为燃料失去电子的氧化反应，为燃料失去电子的氧化反应，正极（通入氧化剂）：正极（通入氧化剂）：为氧化剂得到电子的还原反应。为氧化剂得到电子的还原反应。以以以以PtPtPtPt为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为为电极，电解质溶液为 KOHKOHKOHKOH溶液的氢氧燃料电池为例溶液的氢氧燃料电池为例溶液的氢氧燃料电池为例溶液的氢氧燃料电池为例负极总反应负极总反应:2H:2H2 2-4e-4e-+4OH+4OH-4H4H2 2O O正极正极:总反应负极反应总反应负极反应 总反应：总反应：2H2H2 2+O+O2 22H2H2 2O O负极负极: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-三、原电池的设计三、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：正极：正极：电解质溶液：电解质溶液：练练一一练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。图。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。四、原电池的主要应用：四、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、炭粉、木屑、少量氯化钠和的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。水等。“热敷袋热敷袋”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。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：