化学选修四第四章第一节

第四章电化学基础第一节原电池2020年11月15日1时26分电化学：研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学。电化学原电池：产生电流的反应，发生在化学电池中，是自发的，向外输送能量电解池：借助电流而发生的反应：发生在电解池中，由外界输入的能量推动普通干电池充电干电池钮扣电池笔记本电脑专用电池摄像机专用电池手机电池CuZn稀硫酸---Zn2+H+H+Zn－2e-=Zn2+负极正极2H++2e-=H2↑总反应式:Zn+2H+=Zn2++H2↑负正氧化反应还原反应现象：锌棒溶解，铜棒上有气泡ACuZn---Zn2+H+H+负极正极阳离子阴离子正极负极SO42-原电池工作原理Ae-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2H++2e-=H2↑阴离子阳离子总反应：负极正极Zn+2H+=Zn2++H2↑(离子方程式）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑（化学方程式）阳离子原电池原理外电路内电路电极反应电极反应判断下列装置哪些属于原电池H2SO4ZnZn（1）石墨石墨H2SO4（2）H2SO4Zn石墨（3）ZnCuH2SO4（4）CuSO4ZnCu（5）C2H5OHZnCu（6）ZnCuZnSO4CuSO4（7）正极：负极：H2SO4MgAlNaOHMgAl浓HNO3AlCu判断下列原电池的正负极？AlMgMgAlAlCu(金属活泼性)(Mg不与NaOH反应)(Al发生钝化)（1）有两种活泼性不同的金属（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。1.内部条件：能自发进行氧化还原反应2.外部条件：组成原电池的条件两极一液一连线，氧化还原是中心细小铜颗粒呈现黑色1、锌片上的Cu是通过什么反应产生的?2、此反应对电池的效率何影响？为什么?3、如何改进？参考课本P76思考讨论造成的主要原因：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，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，不再构成原电池了，也就没有电流在产生。改进措施？将锌片与硫酸铜溶液隔离让锌片与稀硫酸不直接接触ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA？改进硫酸铜CuZnA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。注意：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。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。Zn2+SO42-无盐桥存在时为什么不能产生电流？ZnSO4溶液CuSO4溶液⑵可使连接的两溶液保持电中性，从而持续稳定的产生电流。2.盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触改进后的原电池装置提高了能量转换率。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？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+=Zn2++Cu二、由两个半电池组成原电池的工作原理（双液电池）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。注意：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。电池符号：(-)Zn|ZnSO4‖CuSO4|Cu(+)“|”表示液-固的界面；“‖”表示盐桥。氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池电解质溶液电子定向移动产生电流还原反应Cu2++2e-=Cu阴离子阳离子负极正极阳离子原电池原理外电路内电路半电池半电池Zn+Cu2+=Zn2++CuZnSO4CuSO4盐桥阳离子离子定向移动形成回路三、原电池的设计方法：思考：①如何把总方程式拆分成电极反应？②如何选择电极材料和电解质溶液？③如何连接形成闭合回路获得稳定的电流?④总结原电池的设计方法？Zn+Cu2+=Zn2++Cu负极：Zn－2e-=Zn2+（氧化反应）正极：Cu2++2e-=Cu（还原反应）负极Zn︱ZnSO4正极Cu︱CuSO4盐桥(KCl)化合价升高失2e-化合价降低得2e-①、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。②、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液原电池的设计例1、利用Fe+Cu2+=Fe2++Cu，设计一个原电池.CuFeCuSO4FeSO4化合价升高失2e-化合价降低得2e-例2、利用此氧化还原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图（Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2）化合价降低得2e-Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+化合价升高失2e-CuCFeCl3CuCl2例3：利用此氧化还原反应来设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图还原剂和氧化产物为负极的半电池氧化剂和还原产物为正极的半电池Zn+2Ag+=Zn2++2Ag高考链接（07海南）依据氧化还原反应：2Ag+（aq）+Cu（s）==Cu2+（aq）+2Ag（s）设计的原电池如图所示。请回答下列问题：（1）电极X的材料是；电解质溶液Y是；（2）银电极为电池的极，发生的电极反应为；X电极上发生的电极反应为；（3）外电路中的电子是从电极流向电极。CuAgNO3溶液2Ag++2e-=2AgCu-2e-=Cu2+CuAg正1.进行金属活动性强弱比较；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或者在锌和硫酸中滴加几滴硫酸铜溶液；3.利用原电池原理设计新型化学电池；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。四、原电池的主要应用：5.解释某些化学现象1、原电池的定义：2、原电池反应的本质：3、构成原电池的条件：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。氧化还原反应①两个活动性不同的金属（或其中一种为非金属，即作导体用）作电极。②电解质溶液③形成闭合回路④在这种电解质溶液中能自发地进行氧化还原反应（前提条件）原电池是由两个半电池组成的小结电池反应：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+（离子方程式）Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu（化学方程式）正极（铜电极）：Cu2++2e-===Cu负极（锌电极）：Zn-2e-===Zn2+4、电极反应：半电池中的反应就是半反应，即电极反应。氧化反应还原反应5、盐桥的作用：使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电荷平衡，组成内部闭合回路，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。6、电解质溶液和电极材料的选择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，铅块作负极，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（2）电池的电极材料必须能导电（1）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。7.原电池的表示方法：(-)Zn|ZnSO4‖CuSO4|Cu(+)“|”表示液-固的界面；“‖”表示盐桥。8、原电池的正负极的判断方法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质量减少的电极——负极——正极——正极——负极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②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（工作后）（工作后）①微观判断（根据电子流动方向）作业1、作业本：1、62、3、4、5做在课本上2、学案、活页卷相关习题