原电池课件(上课用)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 会理县实验中学 王宗菊 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. 阅读材料阅读材料 1780年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖 青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐 尼做了如下实验：尼做了如下实验： 实验实验1: 用一枝用一枝铜钩铜钩插入死青蛙的脊髓中，插入死青蛙的脊髓中， 再挂在

2、再挂在铁栏杆铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就 发生颤抖。发生颤抖。 实验实验2:将青蛙放到将青蛙放到铜制铜制的解剖盘里，当的解剖盘里，当解剖解剖 刀刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐. 他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里 的的“生物电生物电”是导致抽搐的原因。是导致抽搐的原因。1791年，伽年，伽 伐尼发表了伐尼发表了论肌肉中的生物电论肌肉中的生物电论文，引起论文，引起 广泛关注。广泛关注。 善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑 问：为什么只有青蛙腿和铜器或铁器接触时才问

3、：为什么只有青蛙腿和铜器或铁器接触时才 发生抽搐？他做了如下实验：发生抽搐？他做了如下实验： 实验实验1:将青蛙腿放在将青蛙腿放在铜盘铜盘里，用里，用解剖刀解剖刀去接去接 触，蛙腿抽搐触，蛙腿抽搐. 实验实验2:将青蛙腿放在将青蛙腿放在木盘木盘里，用里，用解剖刀解剖刀去接去接 触，蛙腿不动触，蛙腿不动. 伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，认为要有伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，认为要有 两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿才两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿才 会抽搐。会抽搐。 由此由此,伏打加以研究伏打加以研究,于于1799年发明了世界上年发明了世界上 第一个电池第一个电池伏打电池即伏打电池

4、即原电池原电池 伏打对生物电观点的质疑伏打对生物电观点的质疑 （Volta,A.1745-1827） 1800年建立伏打电堆模型。年建立伏打电堆模型。 伏打电池是伏打电池是 实用电池的开端。实用电池的开端。 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。情况和现象及反应快慢。 CuSO4 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

5、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，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

6、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） 形成条件一：形成条件一： 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？ 形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件二：电极

7、需插进电解质溶液中； 形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：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） 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 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- =Cu Zn-2e- =Zn2+ Zn+Cu2+=Zn2+Cu Zn+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

8、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 外电路外电路 内电路内电路 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

9、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 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

10、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

11、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

12、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。 1.1.组成组成两个半电池左两个半电池左右两个烧杯中的电右两个烧杯中的电 解质溶液应解质溶液应 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

13、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 KCl KCl 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、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：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反应中有的一极为负极，若给出总反应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。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

14、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

15、、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。 Cu CCu C FeClFeCl3 3溶液溶液 负极：负极： CuCu 失电子失电子 Cu - 2e Cu - 2e- - = Cu = Cu2+ 2+ 正极：正极： FeFe3+ 3+得电子 得电子 2Fe 2Fe3+ 3+ + 2e + 2e- - = 2Fe = 2Fe2+ 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： Cu + 2F

16、eCu + 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 请写出右边原电池的请写出右边原电池的电极方程式。电极方程式。 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 Al NaOHNaOH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 =

17、2NaAlO2 + 3H2 2.2.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。 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:

18、H: H2 2 失 失e e 4H4H+ + + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O 2H2H2 2 - 4e - 4e- - 4 H4 H O 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

19、，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。

20、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(SO 4 )3、FeCl3等等 负极：负极： 正极：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。 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

21、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

22、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