化学4原电池一、的工作原理

1、第四章 第一节原电池一、原电池的工作原理1、什么是原电池？2、构成原电池的条件是什么？活泼性不同的材料 作电极有合适的电解质溶液有自发发生的氧化还原反应。 把化学能转化为电能的装置就叫原电池。正极电流流出、电子流入的一极,负极电流流入、电子流出的一极，还原反应氧化反应阳离子向正极作定向运动。阴离子向负极作定向运动。3、电极分析较活泼金属较不活泼金属构成闭合回路1、以下装置是不是原电池？稀H2SO4AZn C CuSO4溶液 AC2H5OHCu ZnA稀H2SO4稀H2SO4Zn Cu稀H2SO4Zn C A Zn Zn 小试牛刀 电极相同无电解质溶液无闭合回路四看“看电极、看溶液、看回路、看本

2、质”。电极电极材料电极反应反应类型电子流动方向电流方向负极正极锌片铜片Zn 2e =Zn2+2H+ +2e =H2氧化还原从负极到正极从正极到负极4、溶液导电的原理和金属导电有何不同？ 电子从负极经外电路流向正极，而在电池内部是电解质溶液中的阴离子流向负极，阳离子流向正极。原电池的本质是发生氧化还原反应。【问题】锌与硫酸铜溶液是可以自发进行的反应，将Zn片直接插入到CuSO4溶液中，能不能获得电流？原因是什么？ 【实验设计】 请你把锌与硫酸铜反应设计成原电池的反应。写出反应的离子方程式和电极反应式。【实验】将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接,并使锌片和铜片分开,再同时浸入盛有CuSO4溶液的

3、烧杯中。现象电流计指针发生偏移,并指示电子是由锌片流向铜片,在铜片表面有红色的铜析出。结论：1:发生了原电池反应,可以肯定装置构成了原电池，且其中锌为原电池的负极,铜为正极。2：随着上述实验时间的延续,电流计指针偏转的角度较快减小,最终又没电流通过，同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。【分析】由于锌片与CuSO4溶液直接接触,在反应一段时间后,难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面被直接还原,一旦有少量铜在锌片表面析出,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,反应终止了,也就无电流再产生。解决问题方向：让锌片不与硫酸铜溶液直接接

4、触。 【问题】能否将锌片与铜片分装开来，成为如图装置？不能，因为这样没有构成闭合回路。假设这样的装置能进行，反应开始瞬间在Zn一边会有Zn2+进入溶液，导致正负电荷总和不为0，Cu一边有Cu2+获得电子析出，导致正负电荷总和不为0。不存在“阴阳离子的定向移动”。 思考与交流： 作为原电池其功能就是将化学能转化成电能，上述实验中负极的变化趋势必然影响原电池的供电效率。能否设法阻止溶液中Cu2在负极表面还原？【实验4-1】装置如下图所示，用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流计，观察有什么现象发生。

5、取出盐桥又有什么现象发生？盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液，琼胶的作用是防止管中溶液流出。实验现象：左边烧杯中锌片质量减少，右边烧杯中铜片上有红色金属析出，电流计指针发生偏转且比较稳定。取出盐桥，电流计指针不偏转，铜片上也不再有红色金属继续析出。二、盐桥式原电池效率高,电流稳定。原电池由两个半电池组成，每个半电池亦称电极。盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。盐桥的作用是中和溶液中过剩的电荷，沟通电路，使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极,保证了Zn的氧化和Cu2的还原继续进行。电子从锌片经外电路流

6、向铜片，铜离子在铜片表面获得电子而析出（构成外电路），同时Zn2+进入左边烧杯的溶液，促使盐桥中的Cl-也进入，使ZnSO4溶液保持电中性，另一烧杯中，因Cu析出，促使盐桥中的K+进入CuSO4溶液，也保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池反应稳定地产生电流。其中ZnZnSO4溶液构成半个电池，CuCuSO4溶液构成半电池，中间通过盐桥连接。工作原理电极反应式锌片 负极 Zn2e-=Zn2+（氧化反应）实验结论：ZnZnSO4盐桥CuSO4Cu构成了原电池。可以表示为：Zn|ZnsO4|CuSO4|Cu(+) 负极在左，正极在右；“|”表示电极材料与电解质溶液的界面；“|”通常表示

7、盐桥。所构成的原电池电流比较稳定。取出盐桥之后，原电池反应停止。实验现象：左边烧杯中锌片质量减少，右边烧杯中铜片上有红色金属析出，电流计指针发生偏转且比较稳定。取出盐桥，电流计指针不偏转，铜片上也不再有红色金属继续析出。铜片 正极 Cu2+2e-=Cu（还原反应）总式：Zn+Cu2+= Cu+Zn2+此原电池的优点：能产生持续、稳定的电流。此原电池的缺点：效率不高，电流在较短时间内就会衰减。讨论：改进后的装置为什么能够产生持续、稳定的电流？盐桥在此的作用是什么？参考教材72页第3段。ACuSO4Cu Zn1.电极负极：电子流出的一极。一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究正极：电子流入的一极。2

8、. 电子流向电子由负极经导线流向正极。电流由正极经导线流向负极。3. 电流方向4. 阴阳离子移动方向盐桥中阴离子(Cl)向负极移；阳离子(K+)向正极移。5.电极反应式正极： Cu2 2e Cu （还原反应）负极： Zn2e Zn2 （氧化反应）6.总反应式Zn Cu2 Zn2 Cu能产生持续、稳定的电流盐桥的作用：沟通两个半电池，使溶液保持电中性，使反应能继续进行。小结课外作业：课本P73 15、（5双选）例1. (2008广东高考)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）在外电路中，电流由

9、铜电极流向银电极正极反应为：AgeAg实验过程中取出盐桥，原电池仍断续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A BC D课堂例题：C例2.(2010广东高考)铜锌原电池（如图9）工作时，下列叙述正确的是 （ ）A . 正极反应为：Zn2e Zn2+ B. 电池总反应为：Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu C. 在外电路中，电子从负极流向正极 D. 盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 课堂例题：BC例3.(2007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：电极X的材料是 ；电解质溶液Y是

10、 ；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 ；外电路中的电子是从 电极流向 电极。Cu AgNO3 正2Ag+ +2e2Ag Cu2eCu2+ CuAg课堂例题：二、原电池的设计 1.要有活泼性不同的两个电极2.两个半反应在不同的区域进行3.用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起 例1.按以下反应：Cu2AgCu22Ag设计一个能产生持续稳定的电流的原电池装置，画出装置图。注明原电池的正极、负极和外电路中电子的流向。写出两个电极上的电极反应。 首先将反应拆成两个半反应：Cu2eCu2，2Ag2e2Ag，然后结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极材料为Cu，正极

11、材料为Ag。原电池由两个半电池组成，铜和铜盐溶液组成铜半电池，银和银盐溶液组成银半电池，中间通过盐桥连接起来。 例1.按以下反应：Cu2AgCu22Ag设计一个能产生持续稳定的电流的原电池装置，画出装置图。注明原电池的正极、负极和外电路中电子的流向。写出两个电极上的电极反应。负极：Cu2eCu2正极：2Ag2e2AgCu:负极二、原电池的设计 还原剂在负极失电子，发生氧化反应；氧化剂在正极得电子，发生还原反应。选择电解质溶液选择电极材料设计原电池的基本思路：根据电池反应式确定正、负极反应式。 如果还原剂为金属单质，用该金属作负极；如果还原剂为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用Pt、石墨等作负极。正极材料一般不如负极材料活泼。 一般选反应物中的电解质溶液即可。如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则增选含有负极金属离子的盐溶液。二、原电池的设计 选择电解质溶液选择电极材料设计原电池的基本思路：根据电池反应式确定正、负极反应式。构成闭合回路将电极用导线连接，电解质溶液可用盐桥连接。画出原电池装置示意图。A稀H2SO4锌片 铜片练习1、根据上述原理，为获得较长时间的稳定电流