原电池(选修四化学)

1、第四章 电化学基础 第一节 原电池 一、原电池一、原电池1 1、概念：、概念：将化学能转化成电能的将化学能转化成电能的叫做原电池。叫做原电池。原电池原电池与与普通氧化还原反应普通氧化还原反应的差异的差异原电池将化学能转变为电能原电池将化学能转变为电能不同点不同点原电池反应快原电池反应快反应部位反应部位反应速率反应速率能量变化能量变化负极失去电子发生氧化反应负极失去电子发生氧化反应正极得到电子发生还原反应正极得到电子发生还原反应2 2、构成原电池的条件、构成原电池的条件（1 1）必须必须自发自发进行氧化还原反应进行氧化还原反应；（3 3）两个电极必须插入两个电极必须插入电解质溶液中电解质溶液中或

2、或熔融的电熔融的电 解质中解质中；（4 4）两个电极必须两个电极必须相连相连并形成并形成闭合回路闭合回路。（2 2）必须有必须有两种活泼性不同的两种活泼性不同的导电材料导电材料作电极；作电极；两种活泼不同的金属。两种活泼不同的金属。一种金属与一种非金属（如石墨）。一种金属与一种非金属（如石墨）。两电极都是其它材料。两电极都是其它材料。电极材料电极材料3 3、原电池工作原理、原电池工作原理e-e-I I：Zn2eZn2：2H+2eH2溶液中溶液中离子流向离子流向电子流向电子流向电极反应电极反应阴离子阴离子负极负极氧化反应氧化反应电子经外导线电子经外导线正极正极阳离子阳离子还原反应还原反应1 1、

3、原电池的反应原理、原电池的反应原理发生氧化还原反应发生氧化还原反应化学能转化为电能化学能转化为电能阳离子阳离子 正极正极 阴离子阴离子 负极负极3 3、溶液、溶液内部内部无电子流动，通过阴阳离子定无电子流动，通过阴阳离子定向移动实现内电路的电流向移动实现内电路的电流注意注意2 2、离子移动方向、离子移动方向4 4、正负两极上进出电子总数、正负两极上进出电子总数相等相等，根据电，根据电子守恒原理可进行许多有关电极反应的计算。子守恒原理可进行许多有关电极反应的计算。4 4、原电池电极的判断、原电池电极的判断特性特性负极负极 电子流出电子流出相对活泼相对活泼失电子失电子 发生氧化反应发生氧化反应正极

4、正极 电子流入电子流入 相对不活泼相对不活泼 得电子得电子 发生还原反应发生还原反应1 1、根据、根据定义定义来判断：电子流出的一极是负极；电子来判断：电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。流入的一极是正极。2 2、根据、根据反应类型反应类型来判断：发生氧化反应的一极是负来判断：发生氧化反应的一极是负极；发生还原反应的一极是正极。极；发生还原反应的一极是正极。3 3、根据、根据电极活泼性电极活泼性来判断：一般来说，较活泼的一来判断：一般来说，较活泼的一极是负极；较不活泼的一极是正极。极是负极；较不活泼的一极是正极。4 4、根据、根据离子流向离子流向来判断：阴离子移向的一极是负极；来判断：

5、阴离子移向的一极是负极；阳离子移向的一极是正极。阳离子移向的一极是正极。练习练习: :下列装置是不是原电池下列装置是不是原电池? ?若是若是, ,指出正负极指出正负极. .CuSO4ZnCuZnSO4溶液溶液FeCNaCl用铜片、银片、用铜片、银片、Cu (NOCu (NO3 3) )2 2溶液、溶液、AgNOAgNO3 3溶液、导线溶液、导线和盐桥（装有琼脂和盐桥（装有琼脂-KNO-KNO3 3的的U U型管）构成一个原电池。型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）在外电路中，电流由铜电极流向银电极在外电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应

6、为：正极反应为：AgAg+ +e+e- -=Ag=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入将铜片浸入AgNOAgNO3 3溶液中发生的化学反应与该原电溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同池反应相同A A B B C C D D C 拓展拓展 请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应： （1 1）Fe + CuFe + Cu2+2+ = Cu + Fe = Cu + Fe2+2+ （2 2）4A14A13O3O2 26H6H2 2OO4A1(OH)4A1(OH)3 3设计成一个原电池设计成一个原电池( (注意有盐

7、桥的设计注意有盐桥的设计) )。1 1、电解液：、电解液： 。2 2、电极材料：、电极材料： 正极正极 ，负极，负极 。3 3、电极反应式、电极反应式 ： 负极负极: : 。 正极正极: : 。 归纳归纳 原电池的设计方法原电池的设计方法: : 怎样选择确定原电池的负极、正极材料？怎样选择确定原电池的负极、正极材料？ 怎样选择确定原电池的电解质溶液？怎样选择确定原电池的电解质溶液？ 画原电池的装置图时要注意什么问题？画原电池的装置图时要注意什么问题？ 怎样书写原电池的电极反应及总反应式？怎样书写原电池的电极反应及总反应式？5 5、原电池的应用、原电池的应用（1 1）制作干电池、蓄电池、高能电池

8、等。）制作干电池、蓄电池、高能电池等。（2 2）比较金属活动性强弱。）比较金属活动性强弱。（3 3）比较反应速率。）比较反应速率。（4 4）比较金属腐蚀的快慢。）比较金属腐蚀的快慢。（5 5）判断溶液）判断溶液pHpH值变化。值变化。例例2 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（ ）A.A.纯锌和纯锌和1mol/L 1mol/L 硫酸硫酸B.B.纯锌和纯锌和18 mol/L 18 mol/L 硫酸硫酸C.C.粗锌和粗锌和 1mol/L 1mol/L 硫酸硫酸D.D.粗锌和粗锌和1mol/L 1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSOCuSO4 4

9、溶液溶液例例1 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（ ）A.A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H H2 2放出放出B.B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多C.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D.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 CD D例例3 3：下列各情况，在其中：下列各情况，在其中FeFe片腐蚀由快到慢的顺序是片腐蚀由快到慢的顺序是(5)(5)(2)(2)

10、(1)(1)(3)(3) (4)(4)例例4 4：下列装置中四块相同的：下列装置中四块相同的ZnZn片，放置一段时间后腐片，放置一段时间后腐蚀速率由蚀速率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是 (4)(4) (2)(2)(1)(1)(3)(3)例例5 5：在：在Cu-ZnCu-Zn原电池中，原电池中，200mLH200mLH2 2SOSO4 4 溶液的浓度为溶液的浓度为0.125mol/L , 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 0.168L0.168L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,mol,溶液溶液的的pHpH

11、值为值为_？（溶液体积变化忽略不计）？（溶液体积变化忽略不计）0.20.2解得：解得：y y 0.015 (mol)0.015 (mol)x x 0.015 (mol)0.015 (mol)3.753.75 10 10 4 4(mol/L )(mol/L )pH pH -lg3.75 -lg3.75 10104 44 -lg3.75 4 -lg3.75 0.0150.015根据电极反应：根据电极反应：正极：正极：负极：负极：ZnZn2e2e- -ZnZn2+2+2H2H+ +2e+2e- - H H2 2得：得：2 2 22.42 2 22.4x x y y 0.168 0.168解：解：0.

12、20.20.1250.1252 2c c(H(H+ +) )余余2H2H+ + 2eH2eH2 24 -lg3.754 -lg3.750.0150.015二、金属的腐蚀及其防护二、金属的腐蚀及其防护1 1、概念：、概念：金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应（反应（氧化还原反应氧化还原反应）而腐蚀损耗的过程，即为）而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。金属的腐蚀。2 2、本质：、本质：3 3、分类：、分类：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金属腐蚀金属腐蚀金属阳离子金属阳离子失失e e- -氧化反应氧化反应金属原子金属

13、原子化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀条件条件金属跟非金属单质金属跟非金属单质直接接触直接接触不纯金属或合金不纯金属或合金跟电解质溶液接触跟电解质溶液接触现象现象无电流产生无电流产生有有微弱电流微弱电流产生产生本质本质金属被氧化金属被氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化图例图例联系联系两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍（1 1）化学腐蚀与电化腐蚀）化学腐蚀与电化腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件水膜呈水膜呈酸性酸性水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱电电极极反反应应负极负极FeFeFeFe2e=Fe2e=Fe2+2+2Fe2Fe4e=2Fe4e=2Fe

14、2+2+正极正极C C2H2H+ +2e=H+2e=H2 2OO2 2+2H+2H2 2O+4e=4OHO+4e=4OH总反应总反应Fe+2HFe+2H+ +=Fe=Fe2+2+2Fe+2H2Fe+2H2 2O+OO+O2 2= 2 Fe(OH)= 2 Fe(OH)2 2示意图示意图联系联系通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。（2 2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（3 3）钢铁腐蚀的防护）钢铁腐蚀的防护1 1、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CrCr、NiNi等金属加等金属加进钢里制成合金钢。进钢里制成合金钢。2 2、

15、金属表面覆盖保护层：如油漆、油脂等，电镀、金属表面覆盖保护层：如油漆、油脂等，电镀（Zn,CrZn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。原理：原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。3 3、电化学保护法、电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法原理：原理：形成原电池反应形成原电池反应时，让被保护金属做正时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应作用；而活泼金属反应受到腐蚀。受到腐蚀。练练 习习1。 如图如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：水槽中试

16、管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈若液面上升，则溶液呈 性，发生性，发生 腐蚀腐蚀,电极反应式为：负极：电极反应式为：负极： ,正极：正极： ； 若液面下降，则溶液呈若液面下降，则溶液呈 性，发生性，发生 腐蚀，电极反应式为：负极：腐蚀，电极反应式为：负极： 正极：正极： 。（2）中性或碱性中性或碱性 吸氧吸氧Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸性酸性析氢析氢Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 2、 分析右图，按要求写出有关反应方程式：分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）、铁棒上的电极反应式为：）、铁棒上的电极反应式为：（2）、碳棒上的电极反应式为：）、

17、碳棒上的电极反应式为：（3）、溶液中发生反应的化学方程式：）、溶液中发生反应的化学方程式：3、镍镍镉可充电电池可发生如下反应：镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A. Cd, （ D ）B. NiO(OH), D. Ni(OH)2C. Cd(OH)22Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3O2+2H2O+4e-4OH-2Fe4e-2Fe2+4.盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋酸铜盐酸与锌片反应时，若加入可溶性醋酸铜

18、(CH3COO)2Cu，将产生两种影响生成速率的因素，其，将产生两种影响生成速率的因素，其一是：一是： ， 其二是：其二是： ；5.有有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，速率相近，试试设计一个实验比较设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。两种金属的活泼性。H+与与CH3COO结合生成结合生成CH3COOH，使，使H+浓度减浓度减小，从而小，从而减慢减慢了反应速率。了反应速率。Zn置换出置换出Cu形成了原电池，从而形成了原电池，从而加快加快了反应速率了反应速率三、电极反应式的判断和书写三、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

19、的判断：先分析电池反应中有关物质元素：先分析电池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，然后根据化合价的变化，确定原电池的正极和负极，然后根据两极的变化分析其他指定物质的变化。两极的变化分析其他指定物质的变化。2. 2. 书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极反应书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极反应联系在一起考虑，它们具有加和性：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

20、的原则：原电池的两极反应若均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。在一定介质中进行，介质常常参与电极反应。在酸性在酸性介质中，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。（08宁夏卷）一种燃料电池中发生的化学反应为：在宁夏卷）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是（极发生的反应是（ ）A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e BO2(g)+4H+(aq

21、)+4e=2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e DO2(g)+2H2O(1)+4e=4OH C例题例题1 1稀稀H2SO4总反应为：总反应为：Mg+H2SO4MgSO4+H2Mg为负极，电极反应：为负极，电极反应：Mg2eMg2Al为正极，电极反应：为正极，电极反应：2H+2eH2NaOH溶液溶液思考：若把电解质溶液换为思考：若把电解质溶液换为NaOH溶液，写出电极反应式。溶液，写出电极反应式。总反应为：总反应为： 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2Al为为负负极极氧化反应，为负极氧化反应，为负极还原反应，为正极还原反应，为正极Mg

22、为正极，电极反应：为正极，电极反应：6H2O6e3H2+6OH2Al6e8OH2AlO24H2O2Al+2OH+2H2O2AlO2+3H2负极电极反应：负极电极反应：Mg为为负负极极请写出下列电极反应式：请写出下列电极反应式：例题例题2 2负极负极（锌筒）（锌筒）：正极正极（石墨）（石墨）：总反应：总反应：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O=Zn(OH)O=Zn(OH)2 2+2MnOOH+2MnOOH1 1、锌、锌- -锰干电池（碱性）锰干电池（碱性）常用电池的电极反应和电池总反应式书写常用电池的电极反应和电池总反应式书写2 2、铅蓄电池、铅蓄电池负极负极PbPb：Pb+

23、 SOPb+ SO4 42- 2- -2e-2e- - = PbSO= PbSO4 4正极正极PbOPbO2 2：PbOPbO2 2+4H+4H+ + + SO+ SO4 42- 2- +2e+2e- - =PbSO=PbSO4 4+2H+2H2 2OO总反应：总反应：钮扣电池：不锈钢制成一个由正钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由内靠正极一端填充由AgAg2 2O O和少量和少量石墨组成的正极活性材料，负极石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓材料，电解质溶液为

24、浓KOHKOH溶液，溶液，已知电池内已知电池内ZnZn的氧化产物为的氧化产物为ZnOZnO。3 3、银、银- -锌电池锌电池负极：负极：Zn+ 2OHZn+ 2OH- - -2e-2e- - =ZnO+H=ZnO+H2 2O O 正极：正极：AgAg2 2O+ HO+ H2 2OO +2e+2e- - =2Ag+ 2OH=2Ag+ 2OH- - 总反应：总反应：AgAg2 2O+ Zn =ZnO+ 2AgO+ Zn =ZnO+ 2Ag4 4、燃料电池、燃料电池（1 1）写出正确的燃烧反应化学方程式并）写出正确的燃烧反应化学方程式并找出两极找出两极放电的物质放电的物质，负氧正还负氧正还；（2 2

25、）根据电解液（）根据电解液（如溶液的酸碱性如溶液的酸碱性）改）改写燃料电池总反应；写燃料电池总反应；（3 3）写出正极的电极反应式；）写出正极的电极反应式；（4 4）由燃料电池总反应式减去正极的电）由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。极反应式得到负极的电极反应式。练习练习1 1、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出图中甲烷燃料电池中汽油等。请写出图中甲烷燃料电池中a a极的极的电极反应式电极反应式： ，此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O练习练习2、熔融盐燃料电池具有高的发电效率、熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而因而受到重视受到重视.可用可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物的熔融盐混合物用电解质用电解质,CO为阳极燃气为阳极燃气,空气与空气与CO2的混合气为的混合气为阴极助燃气阴极助燃气,制得在制得在6500下工作的燃料电池下工作的燃料电池,完完成有关的电池反应式成有关的电池反应式: