上海高一化学原电池和电解池

1、学 科化 学年 级 高 二课时计划 2 小时授课课题氧化还原反应练习授课日期时间2017年 10月29日 13时00分15时 00 分教学目标1、对氧化还原反应知识的掌握2、学生对疑难知识点的提问，加强对氧化还原反应知识的理解程度3、现在学生需要对知识进行总结、概括，形成自己的知识框架教学设计【复习上节课所学内容及讲解作业】（ 15 分钟） 【同步重点知识归纳】（ 30 分钟） 【习题精讲】（ 30分钟） 【专题训练】（ 30 分钟） 【能力拓展】（ 分钟） 【真题训练】（ 分钟） 【归纳总结】（ 10 分钟） 【布置作业】（ 5 分钟）作业评价1、2、3、4、存在问题和解决方案学生总结：学生

2、签名：授课教师： 教务负责人： 日期： 年 月 日 上课内容【复习上节课所学内容及讲解作业】【同步重点知识归纳】第9章 知识梳理：原电池和电解池一、原电池 1、原电池的概念：通过氧化还原反应而产生电流的装置称为原电池，也可以说是把化学能转变成电能的装置。 原电池放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。例如铜锌原电池又称丹聂尔电池，其正极是铜极，浸中硫酸溶液中;负极是锌板，浸在硫酸锌溶液中。两种电解质溶液用盐桥勾通，两极用导线相连就组成原电池。平时使用的干电池，是根据原电池原理制成的。. 2.原电池的工作原理原电池反应属于放热的反应，一般是氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转

3、移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。但是，需要注意，非氧化还原反应一样可以设计成原电池。从能量转化角度看，原电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。3.原电池的形成条件a电极材料由两种

4、金属活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。b.电解质存在。c.两电极之间有导线连接，形成闭合回路。d.发生的反应是自发的氧化还原反应。只要具备前三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的化学反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。形成前提：总反应为自发的化学反应。4.原电池的常见电极a.活泼性不同的金属：如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极；b.金属和非金属（非金属必须能导电）：如锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极；c.金属与化合物如：铅蓄电池，铅板作负极

5、，二氧化铅作正极；d.惰性电极如：氢氧燃料电池，电极均为铂。5. 原电池的电极判断负极：电子流出的一极（负极定义）；化合价升高的一极；发生氧化反应的一极；活泼性相对较强（有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响）金属的一极。（仅适用于原电池）正极：电子流入的一极（正极定义）；化合价降低的一极；发生还原反应的一极；相对不活泼（有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响）的金属或其它导体的一极。（仅适用于原电池）阳极：发生氧化反应的电极（阳极定义）阴极：发生还原反应的电极（阴极定义）在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。6. 原电池的表示方法为书写简便，原电池的装置常用方便而科学的符号来

6、表示。其写法习惯上遵循如下几点规定：（1） 一般把负极（如Zn棒与Zn2+离子溶液）写在电池符号表示式的左边，正极（如Cu棒与Cu2+离子溶液）写在电池符号表示式的右边。（2） 以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要标上活度或浓度（mol/L），若为气体物质应注明其分压(Pa)，还应标明当时的温度。如不写出，则温度为298.15K，气体分压为101.325kPa，溶液浓度为1mol/L。（3） 以符号“”表示不同物相之间的接界，用“”表示盐桥。同一相中的不同物质之间用“，”隔开。（4） 非金属或气体不导电，因此非金属元素在不同氧化值时构成的氧化还原电对作半电池时，需外加惰性导体（如原电池铂或石

7、墨等）做电极导体。其中，惰性导体不参与电极反应，只起导电（输送或接送电子）的作用，故称为“惰性”电极。按上述规定，CuZn原电池可用如下电池符号表示：（-）Zn(s)Zn2+(C)Cu2+(C) Cu(s) （+）理论上，任何氧化还原反应都可以设计成原电池，例如反应:Cl2+ 2H- 2Cl-+H2此反应可分解为两个半电池反应：负极：2H- H2+ 2e-（氧化反应）正极：Cl2+2e- 2Cl-（还原反应）该原电池的符号为：（-）Pt I2(s)I- (C)Cl- (C)C2(PCL2) Pt（+）应用1、直接转换成电能输出的装置。又称化学电池。由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差，

8、放完电后，不能重复使用，故又称一次电池。它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成，可制成各种形状和不同尺寸，使用方便。广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门原电池，并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。原电池一般按负极活性物质（如锌、镉、镁、锂等）和正极活性物质（如锰、汞、二氧化硫、氟化碳等）分为锌锰电池、锌空气电池、锌银电池、锌汞电池、镁锰电池、锂氟化碳电池、锂二氧化硫电池等。锌锰电池产量最大，常按电解质分为氯化铵型和氯化锌型，并按其隔离层分为糊式电池和低极电池。以氢氧化钾为电解质的锌锰电池，由于其负极(锌)的构造与其他锌锰电

9、池不同而习惯上另作一类，称为碱性锌锰电池，简称碱锰电池，俗称碱性电池。2、金属的腐蚀与防护改变金属内部结构(如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢)在金属表面覆盖保护层a、在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。b、用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属。c、用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。（表面钝化）电化学保护法a外加电流的阴极保护法(把被保护的设备与外接电源的负极相连)b牺牲阳极的阴极保护法（被保护的设备与活泼的金属相连接）3、判断金属的活泼性4、加快反应速率2常见电池锌锰干电池锌锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单，价格便宜、使用方便等优点，成为人

10、们使用最多、最广泛的电池品种。锌锰电池以锌为负极，以二氧化锰为正极。按照基本结构，锌锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形，扁形电池不能单个使用，可组合叠层电池（组）。按照所用电解液的差别将锌锰电池分为三个类型：(1)铵型锌锰电池：电解质以氯化铵为主，含少量氯化锌。电池符号:(-) ZnNH4ClZnCl2MnO2C（石墨）(+)总电池反应： Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O(2) 锌型锌锰电池：又称高功率锌锰电池，电解质为氯化锌，具有防漏性能好，能大功率放电及能量密度较高等优点，是锌锰电池的第二代产品，20世纪70年代初首先由德国推出。与铵原电池型电池相比锌

11、型电池长时间放电不产生水，因此电池不易漏液。电池符号：(-) ZnZnCl2MnO2(+)总电池反应（长时间放电）：Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl22ZnO4H2O+2Mn3O4(3) 碱性锌锰电池：这是锌锰电池的第三代产品，具有大功率放电性能好、能量密度高和低温性能好等优点。电池符号：(-) ZnKOHMnO2(+)总电池反应： Zn+2H2O+MnO2=Mn(OH)2+Zn(OH)2锌锰电池额定开路电压为1.5V，实际开路电压1.51.8V ，其工作电压与放电负荷有关，负荷越重或放电电阻越小，闭路电压越低。用于手电筒照明时，典型终止电压为0.9V，某些收音机允许电压降

12、至0.75V。锂原电池又称锂电池，是以金属锂为负极的电池总称。锂的电极电势最负相对分子质量最小，导电性良好，可制成一系列贮存寿命长，工作温度范围宽的高能电池。根据电解液和正极物质的物理状态，锂电池有三种不同的类型，即：固体正极有机电解质电池、液体正极液体电解质电池、固体正极固体电解质电池。Li(CF)n的开路电压为3.3V，比能量为480WhL-1，工作温度在-5570间，在20下可贮存10年之久！它们都是研制的新产品，主要用于军事、空间技术等特殊领域，在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用。锂电池与锂离子电池不同。前者是一次电池，后者可反复充电。蓄电池蓄电池在放电过程中属于原电池反应。这类电极

13、反应都有电解质溶液参与，如果能分析清楚电解质溶液是否参与电极反应，那么负极的电极反应式和正极的电极反应式的书写就可迎刃而解了。现以铅酸蓄电池为例来分析电极反应式的书写方法。铅酸蓄电池的总反应为：Pb+ PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O根据原电池的工作原理分析，负极失去电子发生氧化反应，可知：Pb2e-=Pb2+，生成的Pb2+进入电解质溶液中，Pb2+与溶液中的SO42-不能共存，要继续反应生成PbSO4，即：Pb2+SO42-=PbSO4，因此在原电池的负极反应式为+即：Pb2e-+SO42-=PbSO4；正极是得电子发生还原反应的一极，则有:PbO2+2e-=Pb2+2O2-

14、，Pb2+和O2-进入溶液中，由于电解质溶液是H2SO4溶液，O2-在酸性环境中，不能单独存在，可供O2-结合的微粒有H+和H2O，O2-在酸性环境中优先结合H+生成H2O，这样在正极发生的反应有：4H+2O2-=2H2O；Pb2+SO42-=PbSO4根据以上分析可知正极反应式为+即：PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O。（注意：在电极反应式中应遵循电荷守恒和质量守恒；在负极反应式与正极反应式相加求总反应时要注意得失电子数要相等。）再如：AgZn高能电池（钮扣电池）由Ag2O、Zn及KOH溶液组成。总反应为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag根据原电池原理可

15、知：Zn做负，Ag2O做正极，电解质溶液为KOH溶液。负极极失去电子发生氧化反应，则负极反应为：Zn2e-=Zn2+，Zn2+进入溶液后又与溶液中的OH-反应Zn2+2OH-=Zn(OH)2。所以负极反应为：Zn2e-+2OH-=Zn(OH)2;正极为Ag2O得到电子发生还原反应，即Ag2O+2e-=2Ag+O2-;O2-在中性或碱性环境中也不能单独存在，只能结合H2O生成OH-，故在中性或碱性条件下O2-+H2O=2OH-，所以正极反应式为：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-。原电池腐蚀原电池腐蚀亦称电偶腐蚀或双金属腐蚀。是由相互接触的两种不同金属材料与周围导电溶液组成原电池而引起的

16、电化学腐蚀(见腐蚀类型)。其中作为阳极的金属发生溶解，造成蚀损; 作为阴极的金属，则往往得到保护。海洋开发中的机械设备和各种构筑物经常是用不同金属材料制造的，周围海水又是导电性良好的电解质溶液，所以，原电池腐蚀颇为常见。原电池腐蚀与不同金属材料在海水中的自然电势之差，以及它们的相对面积之比和距离有关。电势相差越大，阴极面积越大，阳极极化越小，回路电阻越小，则阳极腐蚀情况越严重; 反之亦然。在海洋大气带，原电池腐蚀一般只局限在不同金属连接处附近，属于局部原电池腐蚀。在海水全浸条件下，原电池作用可以远至百米，例如青铜螺旋桨和船体裸露钢板之间，可以构成大型原电池而造成船体腐蚀。控制或减轻原电池腐蚀的

17、措施有：1、在设计和施工中尽量避免或消除形成原电池的可能因素，例如选用相同材料或自然电势相近的材料制做整体结构;2、避免不同金属材料，特别是自然电势相差较大的材料直接接触，必要时应使两者之间保持良好的绝缘;3、尽量减小阴极区的相对面积，包括在阴极区面上涂漆覆盖;4、设计阳极区部件时可考虑便于更换或加大余量;5、适当选用缓蚀剂(见缓蚀剂);6、施加阴极保护(见阴极保护)等。3电极反应负极：活泼金属失电子，看阳离子能否在电解液中大量存在。如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存，则进行进一步的反应。例：甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷失8个电子生成CO2和H2O，但CO2不能与OH-共存，要

18、进一步反应生成碳酸根。正极：当负极材料能与电解液直接反应时，溶液中的阳离子得电子。例：锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2。当负极材料不能与电解液反应时，溶解在电解液中的O2得电子。如果电解液呈酸性，O2+4e-+4H+=2H2O；如果电解液呈中性或碱性，O2+4e-+2H2O=4OH-。特殊情况:Mg-Al-NaOH，极。负极：Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O；正极：2H2O+2e-=H2+2OH-Cu-Al-HNO3，Cu作负极。注意：Fe作负极时，氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+；肼（N2H4）和NH3的电池反应产物是H2O和N2无论是总反应，还是电极反应

19、，都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。pH变化规律电极周围：消耗OH-(H+)，则电极周围溶液的pH减小（增大）；反应生成OH-(H+)，则电极周围溶液的pH增大（减小）。切记，电极周围只要消耗OH-，PH就减小，不会受“原电池中OH-（阴离子）向负极移动”的影响。溶液：若总反应的结果是消耗OH-(H+)，则溶液的pH减小（增大）；若总反应的结果是生成OH-(H+)，则溶液的pH增大（减小）；若总反应消耗和生成OH-(H+)的物质的量相等，则溶液的pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则pH增大，溶液呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。1CuH2SO4Zn原电池正极：2H+2e-H2负极：

20、Zn-2e-Zn2+总反应式：Zn+2H+Zn2+H22CuFeCl3C原电池正极：2Fe3+ 2e-2Fe2+负极：Cu-2e-Cu2+总反应式：2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+3钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀正极：O2+2H2O+4e-4OH-负极：2Fe-4e-2Fe2+总反应式：2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)24氢氧燃料电池（碱性介质）正极：O2+2H2O+4e-4OH-负极：2H2-4e-+4OH-4H2O总反应式：2H2+O22H2O5氢氧燃料电池（酸性介质）正极：O2+4H+ 4e-2H2O负极：2H2-4e-4H+总反应式：2H2+O22H2O6氢氧燃料电池（中性介质）正

21、极：O2+2H2O+4e- 4OH-负极：2H2-4e-4H+总反应式：2H2+O22H2O7铅蓄电池（放电）正极 (PbO2) ：PbO2+2e-+SO42-+4H+PbSO4+2H2O负极 (Pb) ：Pb-2e-+SO42-PbSO4总反应式：Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O8AlNaOHMg原电池正极：6H2O+6e-3H2+6OH-负极：2Al-6e-+8OH-2AlO2-+4H2O总反应式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+ 3H29CH4燃料电池(碱性介质)正极：2O2+4H2O+8e-8

22、OH-负极：CH4-8e-+10OH-CO32- +7H2O总反应式：CH4+2O2+2OH-=CO32- +3H2O11银锌纽扣电池(碱性介质)正极 (Ag2O) ：Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-负极 (Zn) ：Zn+2OH-2e-ZnO+H2O总反应式：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag12. 碱性锌锰电池（KOH介质）正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-负极(Zn)：Zn+2OH-2e-Zn(OH)2总反应式：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2【习题精讲】【专题训练】【归纳总结】 【布置作业】 家长留言意见： 家长签名： 日期：

23、 备注：1；碘酒 ：又称为碘酊，为红棕色的液体，主要成分为碘、碘化钾。有碘与乙醇特臭。色泽随浓度增加而变深。适应症为用于皮肤感染和消毒。2：漂白粉和漂白精：两者还是有很大区别的。首先要明确一点，这两种都是粉末状固态混合物，虽然主要有效成分都是次氯酸钙，但二者中的氯化钙含量有很大区别。漂白粉的制备相对简单，就是将氯气与消石灰混合，根据这个化学反应知道，其中氯化钙含量是很高的。氯化钙粉末的存在会导致一个很大的问题，就是它很容易吸水潮解，从而使漂白粉失效。所以为了使其中的有效成分次氯酸钙不容易失效，就必须降低其中的氯化钙含量。降低氯化钙含量的方法有很多，包括物理分离，化学转化等。这样得到的氯化钙含量相对较低的混合物就是漂粉精。高中化学课本中所谓的“氯气与消石灰充分反应”是一种简化的说法，这里的“充分”代表了一系列的物理，化学过程。有兴趣的话可查找一下“漂粉精生产原理”。3：红宝石：是指颜色呈红色的刚玉，它是刚玉的一种，主要成分是氧化铝(AlO)。4；氯气,液氯,氯水区别? 液氯和氯气都是纯净物,仅有氯分子,氯水则是混合物,含有多种分子和离子（主要成分