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课件4:4.1 原电池

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第四章  电化学基础

 第一节   原电池
1.以铜锌原电池为例,熟悉原电池的工作原理。

2.会正确判断原电池的正极和负极。

3.掌握原电池电极反应式的书写方法。
         知识回顾

1.原电池的定义:
   将化学能转化为电能的装置叫做原电池。

2.原电池反应的本质:       氧化还原反应
3.构成原电池的条件:       两极一液一连接

   ①能自发地发生氧化还原反应
   ②两个活泼性不同的导体做电极
   ③形成闭合回路
   ④电解质溶液
                    Z n     Z n
思考与练习
下列哪几个装置能形成原电池?Zn Cu Fe Cu

                           C u
                      H 2SO 4
    H 2SO4   H 2SO4
   Zn    Cu Fe   Cu
     A        B       C      Zn  D            Cu
     V        V       X          V


     酒精     N aC l溶液  H 2SO 4  H 2SO4    H 2SO4
     E        F        G        H
     X        X         V       X
例、如右图所示,组成的原电池:

(1)当电解质溶液为稀H2SO4时:
Zn电极是____负 (填“正”或“负”)极,
其电极反应为_______________Zn -2e - = Zn 2+,该反应
是______氧化 (填“氧化”或“还原”,下同)反
应;Cu电极是______正  极,其电极反应为
                +   -
_______,还原 该反应是________2H +2e =H      2  _↑    反应。

(2)当电解质溶液为CuSO4溶液时:          Zn电极
是____负 极,其电极反应为_____________Zn -2e - = Zn ,2+
该反应是________氧化 反应;Cu电极是____正   极,其电极反
应为______________Cu2+ + 2e - =  Cu _,该反应______还原 反应.
 负极     Zn-2e- = Zn2+ 氧化反应

           +   -
  正极     2H +2e =H2↑  还原反应

          A         总反应式:
    -                      +   2+
Zn               Cu  Zn+2H  = Zn +H2↑
负                 正
                      现象:

                      锌棒溶解,铜棒上有气泡
  Zn2+   H+
         H+

       稀硫酸
4.原电池工作原理
               e-
  负极                         正极
                  A
        Zn -               Cu


         Zn2+
                  H+
                  H+
                     2-
                  SO4
                阳离子       正极
       负极       阴离子
       想一想

                                   A
理论上应看到只在铜片上有金              锌片          铜片
属析出,实际上锌片上也有金属
产生,这是什么原因导致的呢?
最终又会造成什么后果?怎样
避免和克服呢?


                                  CuSO4
                    分析:
         A              由于锌片与硫酸铜溶液
                    直接接触,铜在锌片表面析
Cu
               Zn   出,锌表面也构成了原电池,
                    进一步加速铜在锌表面析出,
                    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,也
                    就没有电流产生。
     CuSO4
                  思考:如何才能得到持续稳
                       定的电流?
    【交流   · 研讨一】如何改进原电池装置?

         让锌片与硫酸铜不直接接触

      A                      A

                      Zn           Cu
  Zn      Cu
               改进

     硫酸铜                ?
                   ZnSO4溶液    CuSO4溶液
盐桥:在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作
成的冻胶。
  二、双液原电池

1.实验现象:
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。

 2.工作原理:
 负极(锌片):      Zn -2e - = Zn 2+  (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+          = Zn 2+ + Cu 
 二、双液原电池

 思考: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?

 3.解析: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盐溶液一直保持电中性,从而使电子不断从
 Zn极流向Cu极。
(1)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触
(2)可使连接的两溶液保持电中性
三、原电池的设计

  • 设计中需要关注的问题:
  1、有一个自发进行的氧化还原反应
  2、要有电极材料
  3、电解质溶液
  4、组成闭合回路
 设计双液原电池的思路:
 Zn+2Ag+=Zn2++2Ag
 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

根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液
外电路用导线连通,可以接用电器
内电路是将电极浸入电解质溶液中,并通过盐桥
沟通内电路
 练习:
   利用Fe + Cu2+=Fe2+  +Cu设计一个原电池,画
出示意图,写出电极反应。


            Cu     负极:Fe –  2e- =Fe2+
Fe  Fe   Cu

                   正极:Cu2+  +2e- =Cu

    CuSO4
  FeSO4   CuSO4
  四、原电池正负极判断

1.由组成原电池的电极材料判断
一般   负极-     活泼性强        的金属
     正极-     活泼性弱        的金属
或 非金属    导体,以及某些金属氧化物
可以理解成:
        负极    与电解质溶液反应

练习:Mg-Al-H2SO4中    Al  是正极,
                   Mg  是负极
    Mg-Al-NaOH中    Mg  是正极
                   Al   是负极
   四、原电池正负极判断

1.由组成原电池的电极材料判断
2.根据电子(电流)流动的方向判
断
  电子--由     负极  流出,流
入  正极;
  电流--由    正极   流出,流
入 负极  。
   四、原电池正负极判断

1.由组成原电池的电极材料判断
2.根据电子(电流)流动的方向判断
3.根据电极反应类型判断
 负极--     失   电子,发生     氧化
反应
 正极--     得   电子,发生    还原
反应
   四、原电池正负极判断

1.由组成原电池的电极材料判断
2.根据电子(电流)流动的方向判断
3.根据电极反应类型判断
4.根据电解质溶液离子移动的方向
判断
 阴离子-向     负 极移动(负极带正
电荷)
 阳离子-向     正 极移动(正极带负
电荷)
    四、原电池正负极判断

1.由组成原电池的电极材料判断
2.根据电子(电流)流动的方向判断
3.根据电极反应类型判断
4.根据电解质溶液离子移动的方向判断
5.根据电极现象来判断
    负极--    牺牲、溶解    ;
    正极--    增重、气泡    ;
   四、原电池正负极判断

1.由组成原电池的电极材料判断
2.根据电子(电流)流动的方向判断
3.根据电极反应类型判断
4.根据电解质溶液离子移动的方向判断
5.根据电极现象来判断
6.燃料电池中
    燃料在    负极    反应
    氧化剂在     正极    反应
  五、原电池原理的应用

原电池的负极为较活泼的金属,发生氧化反应。1.判断金属的活动性

     把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中,用
 导线两两相连可以组成各种原电池。若A、B相连时,
 A为负极;C、D相连,D上有气泡逸出;A、C相连
 时A极减轻;B、D相连,B为正极。则四种金属的
 活泼性顺序由大到小排列为________A>C>D>B         。
 2.改变化学反应速率

加快反应速率
实验室制取氢气,用锌与稀硫酸反应。锌用纯
锌好,还是用粗锌好(杂质为碳)?               为什么?
如果只有纯锌、稀硫酸和硫酸铜,怎么办?
  练1.(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         Cu  ;电解质溶液Y是        AgNO3溶液
(2)银电极为电池的        正 极,发生的电极反应为         2Ag++ 2e
     X电极上发生的电极反应为          Cu- 2e- = Cu2+ ;
(3)外电路中的电子是从          Cu   电极流向     Ag  电极。
练习2  如图所示,在铁圈和银圈的焊接处,用一D
   根棉线将其悬在盛水的烧杯中,使之平衡;
   小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液,片刻后
   可观察到的现象是(        )
A. 铁圈和银圈左右摇摆不定
B. 保持平衡状态
C. 铁圈向下倾斜,银圈向上倾斜
D.  银圈向下倾斜,铁圈向上倾斜
练习3、市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、
碳粉、木屑和少量氯化钠、水等,热敷袋启用之前用
塑料袋密封使其与空气隔绝,启用时,打开塑料袋轻
轻揉搓就会放出热量,使用完后,会发现有大量的铁
锈存在,请回答下列问题:
(1)热敷袋使用时,为什么会放出热量?
(2)碳粉的主要作用是什么?氯化钠又起了什么作用
?
(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。
 (1)利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。
 (2)碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构
成原电池,加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水,形成了
电解质溶液。
 (3)负极:2Fe     - 4e- = 2 Fe2+,
                 -      -
 正极:O2+2H2O   +4e = 4OH ,
 总反应方程式是:


  2Fe+ 2H2O + O2 =2 Fe(OH)2

  4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 =4 Fe(OH)3
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