原电池的原理及应用

1、原电池原理原电池原理及其应用及其应用 伏打电池的发明源于一个有趣的生物实验：伏打电池的发明源于一个有趣的生物实验：在死去的青蛙腿上在死去的青蛙腿上同时插入用导线连接着两同时插入用导线连接着两种不同材料的电极种不同材料的电极，青蛙腿就像触电似的痉，青蛙腿就像触电似的痉挛起来。挛起来。你知道其中的奥秘吗？你知道其中的奥秘吗？开开 题题你听说过伏打电池吗？【学生实验一学生实验一】:将锌片、铜片插入稀硫酸，将锌片、铜片插入稀硫酸，有何现象？有何现象？CuZn 稀硫酸稀硫酸锌片上锌片上有有气泡气泡产生产生原理原理:Zn + 2H+ = Zn2+ + H22e-【实验二实验二】锌片和铜片用锌片和铜片用导线

2、导线连接后插入稀硫酸中连接后插入稀硫酸中实验现象实验现象：铜片上有气泡产生铜片上有气泡产生CuZn 稀硫酸稀硫酸CuZn 稀硫酸稀硫酸- - -Zn2+H+H+电流计电流计AZn2e = Zn2+2H+ + 2e=H2 3.如何检验电子的流动如何检验电子的流动?问题探究问题探究问题探究问题探究CuZn 稀硫酸稀硫酸1.铜片上产生什么气体铜片上产生什么气体?有人说有人说H2是由铜和稀硫酸是由铜和稀硫酸在在这种特定的条件下反应产生这种特定的条件下反应产生出来的。这种想法正确吗？出来的。这种想法正确吗？2.铜片上的电子从何来铜片上的电子从何来?CuZn 稀硫酸稀硫酸- - -Zn2+H+H+电流计电

3、流计AZn2e = Zn2+2H+ + 2e=H2 3.如何检验电子的流动如何检验电子的流动?问题探究问题探究根据能量守恒原理，这种产生出来的电根据能量守恒原理，这种产生出来的电能是从什么能量转变来的呢？能是从什么能量转变来的呢？化学能化学能转变为转变为电能电能的装置的装置原电池原电池电子的转移电子的转移氧化还原反应氧化还原反应电流电流CuZn 稀硫酸稀硫酸- - -Zn2+H+H+灯泡灯泡1、原电池的正负极判断、原电池的正负极判断负极：负极：电子流出电子流出的一极的一极正极：正极：电子流入电子流入的一极的一极2、电极反应、电极反应2H+2e=H2 负极：负极： Zn2e=Zn2+正极：正极：

4、原原电电池池氧化反应氧化反应还原反应还原反应氧氧化化还还原原反反应应总反应：总反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2(离子方程式离子方程式)失去电子失去电子得到电子得到电子Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2(化学方程式化学方程式)铜片的作用是什么？铜片的作用是什么？可以用石墨代替吗可以用石墨代替吗?【问题一问题一】CuZn 稀硫酸稀硫酸【问题二问题二】CuZn- - -整个装置是如何形成电流的闭合回路的整个装置是如何形成电流的闭合回路的?负极负极正极正极【问题三问题三】CuZn-溶液中阴阳离子分别向哪一个电极运动？溶液中阴阳离子分别向哪一个电极运动？Zn2+Zn2+Zn2+

5、Zn2+Zn2+Zn2+- - -Zn2+H+SO42-负极负极正极正极静电作用静电作用【问题四问题四】CuZn-有人说在铜锌原电池中，活泼金属失去电子，有人说在铜锌原电池中，活泼金属失去电子，不活泼金属得到电子。这种说法正确吗？不活泼金属得到电子。这种说法正确吗？- - -Zn2+H+负极负极正极正极H+Zn2e=Zn2+2H+2e=H2 【问题五问题五】CuZn-为什么为什么H+在铜片上得到电子？在铜片上得到电子？Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+Zn2+- - -Zn2+H+负极负极正极正极静电静电斥力斥力静电静电引力引力CuZn- - -Zn2+H+H+Zn2e=Zn2+2H+2

6、e=H2 氧化反应氧化反应还原反应还原反应负极负极正极正极电子沿导线传递，产生电流电子沿导线传递，产生电流阳离子阳离子失去电子失去电子溶液中阳离子溶液中阳离子得到电子得到电子阴离子阴离子正极正极负极负极SO42-原电池工作原理小结原电池工作原理小结较活泼金属较活泼金属不活泼金属或石墨不活泼金属或石墨较活泼的金属发生较活泼的金属发生氧化反应氧化反应,电子从较电子从较活泼的金属活泼的金属(负极负极)通过外电路流向较通过外电路流向较不活泼的金属不活泼的金属(正极正极)。 MgFe 稀硫酸稀硫酸（1）说明反应的现象；）说明反应的现象；（2）判断正负极；）判断正负极；（3）写出电极反应式；）写出电极反应

7、式；（4）写出总反应的离子方程式和化学方程式。）写出总反应的离子方程式和化学方程式。巩固巩固练习练习1【实验探究实验探究】：将铝片、石墨插入稀硫：将铝片、石墨插入稀硫酸溶液中，是否可以形成原电池？酸溶液中，是否可以形成原电池？石墨石墨Al 稀硫酸稀硫酸CuZnCuSO4（1）判断正负极；）判断正负极；（2）写出总反应的化学方程式和离子方程式；）写出总反应的化学方程式和离子方程式；（3）写出电极反应式；）写出电极反应式；（4）说明两个电极质量的变化情况。）说明两个电极质量的变化情况。巩固练习巩固练习2总反应：总反应：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu（- ）：）： Zn -2e- =Zn

8、2+ （+）：）： Cu 2+ + 2e- = Cu（-） （+）（1 1）两种）两种不同不同的金属（或一种金属与的金属（或一种金属与石墨石墨）作电极）作电极（2 2）用）用导线导线相连（或相连（或直接接触直接接触）（3 3）插入）插入电解质溶液电解质溶液里，形成里，形成闭合闭合回路回路（4 4）金属能与电解质溶液自动发生）金属能与电解质溶液自动发生氧化还原氧化还原反应反应两极一液一导线两极一液一导线病病 例例 分分 析析病病 例例 分分 析析1. 在如下图所示的在如下图所示的8 8个装置中，属于原电池的有个装置中，属于原电池的有 . . e课堂练习课堂练习: :课堂练习课堂练习: :2.下列

9、能够成原电池的是下列能够成原电池的是（1）Fe CuSO4 Cu （2）Zn HCl Cu（3）Zn CuSO4 Zn(4) Fe 蔗糖溶液蔗糖溶液 C Al AgNO3 Ag Al NaOH Mg4.对于对于 原电池装置中，当导线中有原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是电子通过时，理论上的两极变化是( )锌片溶解了锌片溶解了32.5 g 锌片增重锌片增重32.5 g铜片上析出铜片上析出l g H2 铜片上析出铜片上析出1 mol H2A和和 B和和 C和和 D和和 Zn H2SO4 Cu（1）将反应将反应:2FeCl3+Fe=3FeCl2设计成原设计成原电池。电池

10、。（2）判断正负极并写出电极反应。）判断正负极并写出电极反应。石墨石墨FeFeCl3溶液溶液负极（铁）：负极（铁）：Fe2e=Fe2+正极（石墨）：正极（石墨）：2Fe3+ + 2e=3Fe2+干电池干电池纽扣电池纽扣电池锂电池锂电池四四.常见的化学电源常见的化学电源一次电池一次电池二次电池二次电池高能电池高能电池燃料电池燃料电池.锌锰干电池锌锰干电池( (一次电池一次电池) )电极电极: Zn为负极为负极,碳棒为正极碳棒为正极电解液：电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊和淀粉糊另有黑色的另有黑色的MnO2粉末，吸收正极粉末，吸收正极产生的产生的H2，防止产生极化现象。，防止产生极化现象。

11、负极负极(Zn):Zn-2e-Zn2+ 正极正极(C):2NH4+ + 2e-2NH3+H2 H2 + 2MnO2 Mn2O3+H2O 去氢去氢 4NH3 + Zn2+ Zn(NH3)42+ 去氨去氨电极方程式：电极方程式：四四.常见的化学电源常见的化学电源电极：电极：Pb为负极；为负极；PbO2为正极为正极.电解液电解液:30%的的H2SO4溶液溶液电极反应式电极反应式:负极负极(Pb)： Pb + SO42 -2e-PbSO4正极正极(PbO2)： PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e PbSO4 +2H2O总电池反应总电池反应:PbO2 + Pb +2H2SO42PbSO4+

12、2H2O拓展创新拓展创新.铅蓄电池铅蓄电池( (二次电池二次电池) )(1.251.28g/cm-3)课堂练习课堂练习: :2.铅蓄电池铅蓄电池(原电池原电池)的电极分别是的电极分别是PbO2和和Pb,电解质溶液为稀硫酸溶液电解质溶液为稀硫酸溶液,工作时原电池的总工作时原电池的总反应是反应是: PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O. 根据上述反应根据上述反应,判断判断:1)原电池的负极是原电池的负极是(填电极材料填电极材料)_2)工作时蓄电池负极反应式为工作时蓄电池负极反应式为_3)工作时蓄电池里电解质溶液的工作时蓄电池里电解质溶液的PH变变化化:_铅蓄电池的反应原理铅蓄电池的

13、反应原理负极：负极：Pb - 2e- =Pb2+负极：负极： Pb - 2e- +SO42- = PbSO4正极：正极：PbO2+4H+ SO42- +2e-= PbSO4+2H2O总反应：总反应：PbO2 PbH2SO4= 2PbSO4+2H2OPbO2 PbH2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电2.镍镉电池镍镉电池(1)组成组成负极材料负极材料:Cd正极材料正极材料:NiO(OH)电解质溶液电解质溶液:KOH(aq)(2)电极反应电极反应:负极负极:Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极正极:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-电池总反应式电池总反

14、应式:()() 222Cd2NiO OH2H OCd OH2Ni OH放电充电3.镍氢电池镍氢电池:负极负极:H2+2OH-2e-=2H2O正极正极:2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-电池总反应式电池总反应式:()222NiO OHH2Ni OH放电充电4.锂电池锂电池:锂电池是新一代可充电的绿色电池锂电池是新一代可充电的绿色电池 用金属锂作负用金属锂作负极极,石墨作正极石墨作正极,电解质溶液由四氯化铝锂电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成中组成 负极负极:8Li-8e-=8Li+正极正极:3SOCl2+8e-= +2S+

15、6Cl-电池总反应式电池总反应式:2238Li3SOCl6LiClLi SO2S放电充电23SO电极电极: Zn为负极，为负极，Ag2O为正极为正极电解液电解液: KOH溶液溶液电极反应式电极反应式:负极负极: Zn + 2OH- -2e- Zn(OH)2正极正极: Ag2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH-总反应式总反应式: Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2拓展创新拓展创新银锌电池银锌电池.高能电池高能电池( (银锌电池、锂电池银锌电池、锂电池) )氢氧燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池,主要

16、用于航天领主要用于航天领域域,它的电极材料一般为惰性电极它的电极材料一般为惰性电极,但具有很强的催化活性但具有很强的催化活性,如铂电极如铂电极 活性炭电极等活性炭电极等,电解液一般为电解液一般为40%的的KOH溶液溶液,若电解液为中性的水，电极反应为若电解液为中性的水，电极反应为:负极负极:2H2-4e-=4H+正极正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应式为总反应式为:2H2+O2=2H2O电极电极: Pt制作的惰性电极制作的惰性电极电解质溶液电解质溶液: KOH溶液溶液负极负极: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O正极正极: O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 总反应总反

17、应：2H2+ O22H2O拓展创新拓展创新若为酸性介质，试写出电极反应式？若为酸性介质，试写出电极反应式？思考思考: :负极：负极：2H2 - 4e- 4H+正极正极: O2+ 4H+ + 4e- 2H2O.新型燃料电池新型燃料电池(氢氧燃料电池氢氧燃料电池/甲烷电池甲烷电池/煤气电池煤气电池/海水海水-空气电池空气电池)氢氧燃料电池氢氧燃料电池:KOH2H2+4OH-4e- =4H2OO2+2H2O+4e- =4OH-甲烷甲烷-氧燃料电池氧燃料电池 该电池用金属铂片插入该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气上分别通甲烷和氧气: 负极：负极：C

18、H4 + 10OH- - 8e- CO32- + 7H2O 正极：正极：2O2 + 4H2O + 8e- 8OH- 电池总反应式为：电池总反应式为：CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O.新型燃料电池新型燃料电池 如如甲烷甲烷-氧燃料电池氧燃料电池在酸性介质中的电极反在酸性介质中的电极反应应为：为： 负极：负极：CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+ 正极：正极：2O2 + 8H+ + 8e- 4H2O 总反应式为：总反应式为：CH4 + 2O2 CO2+2H2O.新型燃料电池新型燃料电池 1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为年，我国首创，用作海上标志灯。以海水

19、为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。 负极：负极：4A1-12e- 4A13+ 正极：正极：3O2+6H2O+12e- 12OH- 电池总反应式为：电池总反应式为：4A1+3O2+6H2O4A1(OH)3 这种海水电池比这种海水电池比“干电池干电池”的能量高的能量高2050倍。倍。小结小结:燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池 除能除能量转化率高外还可持续使用，不污染环境。量转化率高外还可持续使用，不污染环境。一般的可燃物均可与一般的可燃物均可与O2组成燃料电池组成燃料电池，如，如H2 CO、CH4、乙醇

20、等。、乙醇等。燃料电池一般以碱性介质作电解液，也可用酸性燃料电池一般以碱性介质作电解液，也可用酸性介质作电解液，二者电极上应式是有区别的。介质作电解液，二者电极上应式是有区别的。五五.原电池的应用原电池的应用(1)制作干电池、蓄电池、高能电池等。制作干电池、蓄电池、高能电池等。例例1.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便以便完成下列反应完成下列反应:FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2. 画出原电池的示意图并画出原电池的示意图并写出电极反应式写出电极反应式.石墨石墨CuFeCl3溶液溶液负极（铜）：负极（铜）：Cu2e=Cu2+正极（石墨）：正极（石

21、墨）：2Fe3+ + 2e=3Fe2+五五.原电池的应用原电池的应用(2)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。例例2.下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是是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，甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有甲上有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）(3)比较反应速率比较反应速率例例3.下列制氢气

22、的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是C.粗锌和粗锌和 1mol/L 硫酸；硫酸；A.纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；B.纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；D.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 ）六六.金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护(1)判断下列装置是否为原电池？若是，判断下列装置是否为原电池？若是， 指出电极指出电极名称并写出电极反应式。名称并写出电极反应式。(2)若将若将Fe棒棒C棒粉碎掺在一起制成一光亮的棒粉碎掺在一起制成一光亮的FeC合金棒，插在合金棒，插在HCl里，则是否构成了原电池？里，则是否构成

23、了原电池？若是，电极反应是什么？长期放置，铁棒表面会若是，电极反应是什么？长期放置，铁棒表面会有什么变化？有什么变化？(4)生产上常采取哪些金属防腐措施？生产上常采取哪些金属防腐措施？(3)钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或浓度较大的环境里长期放置，常易生锈的环境里或浓度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么？变红，原因是什么？钢铁表面钢铁表面形成的微小形成的微小原电池原电池示意图示意图钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意示意图图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意示意图图知识总结知识总结1、2、金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反

24、应金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍）. 金属腐蚀金属腐蚀金属原子金属原子金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀：金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应（氧化反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。还原）而腐蚀损耗的过程。钢铁腐蚀的防护：钢铁腐蚀的防护：例例6：改变金属的内部组织结构：如将改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢等金属加进钢里制成合金钢。里制成合金钢。A.C. 铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化

25、；B.D.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；2000年年5月，保利集团在香港拍卖会上花费月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是成分是Cu2(OH)2CO3这三件这三件1760年铜铸的国宝在年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是析，最可能的是环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；（ D ）它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；2.金属表面覆盖保护层金属表面覆盖保护层3.电化学保护法电化学保护法原理：原理：原理原理 ：如油漆、油脂等，电镀（如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。物薄膜）作保护层。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。隔绝金属与外界