4.1原電池(高中化學(xué)選修4)

1、441.原電池的定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。3.原電池的構(gòu)成條件(1)活潑性不同的兩個(gè)電極；(2)電極需插入電解質(zhì)溶液中；(3)必須形成閉合回路。2.化學(xué)電池的反應(yīng)本質(zhì)：氧化還原反應(yīng)課前回顧：前提條件:自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)1.原電池的定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。3.原電池的構(gòu)成稀硫酸ZnCuZn2+e-e-H+H+Zn2e-=Zn2+總反應(yīng)：2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）鋅片：銅片：Cu-Zn原電池：負(fù)極：正極：課前回顧：4.原電池的電極及電極反應(yīng)式的書寫稀硫酸ZnCuZn2+e-e-H+H+Zn2e-=Zn原電池正、負(fù)極的判斷方法1.活潑的金屬

2、為負(fù)極； 活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。3.電子由負(fù)極流向正極； 電流由正極流向負(fù)極。2.負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)（化合價(jià)升高）； 正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)（化合價(jià)降低）。5.質(zhì)量減小或溶解的一極為負(fù)極；質(zhì)量不變、有氣泡產(chǎn)生或質(zhì)量增加的為正極。4.陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極。原電池正、負(fù)極的判斷方法1.活潑的金屬為負(fù)極；3.電子由負(fù)極1、Cu、Fe作兩極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液的原電池中：Cu作_極, Fe作_極電極反應(yīng)式是：負(fù)極_ 正極_總反應(yīng)式是_如將稀硫酸改為濃硝酸則：Cu作_極, Fe作_極電極反應(yīng)式是：負(fù)極_ 正極_總反應(yīng)式是_Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2

3、 +2H2O正負(fù)Fe-2e-=Fe2+2H+2e-=H2Fe+H2SO4=FeSO4+H2負(fù)正Cu-2e-=Cu2+ 2NO3-+4H+2e-=2NO2 +2H2O原電池1、Cu、Fe作兩極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液的原電池中：Cu作 FeCu與濃HNO3構(gòu)成的原電池 Fe是正極，因?yàn)殍F遇到濃硝酸鈍化，Cu失去電子。負(fù)極：Cu - 2e- = Cu2+正極：4H+ +2NO3- +2e- = 2H2O+2NO2總反應(yīng)式為：Cu + 4H+ +2NO3- = Cu2+ + 2H2O+2NO2特殊的原電池 FeCu與濃HNO3構(gòu)成的原電池 Fe是正極，因?yàn)樘厥獾脑姵?MgAl與NaOH構(gòu)成的原電池負(fù)極

4、：2Al 6e- + 8OH- =2AlO2- +4H2O 正極：6H2O+6e- = 6OH- + 3H2 在NaOH溶液中，Al可以反應(yīng)作為負(fù)極，但Mg無法反應(yīng)，作正極 ?？偡磻?yīng)：2Al + 2NaOH + 2H2O=2NaAlO2+3H2特殊的原電池 MgAl與NaOH構(gòu)成的原電池負(fù)極：2A2022/9/218探究實(shí)驗(yàn)一請(qǐng)根據(jù)反應(yīng)： Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu設(shè)計(jì)一個(gè)單液原電池，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 原電池2022/9/2110探究實(shí)驗(yàn)一請(qǐng)根據(jù)反應(yīng)：原電池2022/9/219CuSO4 溶液電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但不穩(wěn)定。兩個(gè)電極上都有紅色物質(zhì)生成原電池2022/9/2111C

5、uSO4 溶液電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但2022/9/2110思考：如何才能得到持續(xù)穩(wěn)定的電流？分析：由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，鋅片失去的電子一部分經(jīng)導(dǎo)線傳遞到銅片表面，另一部分電子直接傳遞給硫酸銅溶液中的Cu2+,銅在鋅片表面析出，鋅片表面也構(gòu)成了原電池，進(jìn)一步加速銅在鋅表面析出，致使向外輸出的電流強(qiáng)度減弱。當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，不再構(gòu)成原電池，也就沒有電流產(chǎn)生。CuSO4 溶液原電池2022/9/2112思考：如何才能得到持續(xù)穩(wěn)定的電流？分析在原有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)成一個(gè)能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定電流的原電池。2022/9/2111思考原電池在原有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)成一個(gè)能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定

6、電流的原電2022/9/2112 探究實(shí)驗(yàn)二 將鋅片和銅片分別通過導(dǎo)線與電流計(jì)連接，并使鋅片和銅片不直接接觸，然后分別浸入盛有硫酸鋅和硫酸銅溶液的燒杯中，中間用一鹽橋連接，觀察現(xiàn)象。電極反應(yīng)：負(fù)極： Zn - 2e- = Zn2+ （氧化反應(yīng)）正極： Cu2+ + 2e- = Cu （還原反應(yīng)）電池反應(yīng)方程式：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液.原電池2022/9/2114 探究實(shí)驗(yàn)2022/9/2113鹽橋的作用：Cl-向鋅鹽方向移動(dòng)，K+向銅鹽方向移動(dòng)，使Zn鹽和Cu鹽溶液一直保持電中性，從而使電子不斷從Zn極流向Cu極。原電池2022/9/21

7、15鹽橋的作用：Cl-向鋅鹽方向移動(dòng)，K+2022/9/2114導(dǎo)線傳遞電子，溝通外電路；而鹽橋則傳遞正負(fù)離子，溝通內(nèi)電路。 鹽橋保持溶液電中性，使兩個(gè)燒杯中的溶液連成一個(gè)通路。 ZnSO4溶液CuSO4溶液原電池2022/9/2116導(dǎo)線傳遞電子，溝通外電路；而鹽橋則傳遞2022/9/2115氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+ 銅鋅原電池電解質(zhì)溶液鹽橋失e，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)Cu2+2e- =Cu陰離子陽離子負(fù)極正極 原 電 池 原 理外電路內(nèi)電路原電池2022/9/2117氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+ 銅鋅原電2022/9/21江西省鷹潭市第一中學(xué) 桂耀榮16此原電池的優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生持

8、續(xù)、穩(wěn)定的電流。原電池2022/9/21江西省鷹潭市第一中學(xué) 桂耀榮18此原電池的2022/9/21江西省鷹潭市第一中學(xué) 桂耀榮17 此原電池是由兩個(gè)半電池組成的（鋅和鋅鹽溶液構(gòu)成鋅半電池，銅和銅鹽溶液構(gòu)成銅半電池）；半電池中的反應(yīng)就是半反應(yīng),即電極反應(yīng)。原電池2022/9/21江西省鷹潭市第一中學(xué) 桂耀榮19 此原2022/9/2118氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+ 銅鋅原電池電解質(zhì)溶液鹽橋失e，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)Cu2+2e- =Cu陰離子陽離子負(fù)極正極 原 電 池 原 理外電路內(nèi)電路原電池2022/9/2120氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+ 銅鋅原電2022/9/2119 將原電

9、池反應(yīng)中的氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)分開在兩個(gè)不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，再以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來，從而獲得了穩(wěn)定持續(xù)的電流。 原電池輸出電能的能力，取決于組成原電池的反應(yīng)物的氧化還原能力。小 結(jié)原電池2022/9/2121 將原電池反應(yīng)中的氧化反應(yīng)與還原2022/9/2120原電池的組成兩個(gè)半電池 鋅半電池銅半電池鹽橋 利用同樣的原理，可以把其它氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成各種原電池。原電池2022/9/2122原電池的組成兩個(gè)半電池 鋅半電池銅2022/9/2121利用反應(yīng)Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，設(shè)計(jì)一個(gè)單液原電池，一個(gè)雙液原電池（使用鹽橋），畫出原電池的示意圖，并寫出電極反應(yīng)。 負(fù)極材料為Zn，

10、正極材料可用還原性比Zn弱的導(dǎo)體如(Pt或C),，電解質(zhì)溶液為含F(xiàn)eCl3溶液。原電池的應(yīng)用（1）設(shè)計(jì)原電池用還原性較強(qiáng)的作負(fù)極，用氧化性較強(qiáng)的作正極。2022/9/2123利用反應(yīng)Zn+2FeCl3=2FeCl2022/9/2122負(fù)極(Zn)：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極(Pt或C)：2Fe3+2e-=2Fe2+（還原反應(yīng)）FeCl3PtPtFeCl3ZnZnCl22022/9/2124負(fù)極(Zn)：Zn-2e-=Zn2+（粗鋅中的雜質(zhì)碳等，與鋅、硫酸形成原電池，加快了鋅的腐蝕，產(chǎn)生氫氣的速率加快。實(shí)驗(yàn)室制氫氣為什么用粗鋅而不用純鋅？原電池的應(yīng)用（2）加快氧化還原反應(yīng)的速率原理:

11、在原電池中,氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行,使溶液中的粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)相互干擾減小,使反應(yīng)速率加快。粗鋅中的雜質(zhì)碳等，與鋅、硫酸形成原電池，加快了鋅的腐蝕，產(chǎn)生如：X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中， X的表面有Z析出， X與Y組成原電池時(shí)， Y為電池的負(fù)極。 X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)性順序是： 。（3）比較金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱負(fù)極就是相對(duì)活潑的金屬、優(yōu)先反應(yīng)的電極、發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。YXZ如：X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中， X的表面a c d b 把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c

12、相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為（ ）。練習(xí)：（4）保護(hù)、防止金屬腐蝕，解釋一些現(xiàn)象。新課程導(dǎo)學(xué)P48 例2a c d b 把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸請(qǐng)根據(jù)反應(yīng) ：2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+設(shè)計(jì)原電池，你有哪些可行方案?FeCuFeCl3溶液FeCFe(NO3)3溶液FeAgFe2(SO4)3溶液電極反應(yīng)式： 負(fù)極 Fe2e- Fe2+正極 2Fe3 2e- 2 Fe2+總反應(yīng)式：2Fe3+ Fe 3 Fe2+ 負(fù)極材料為鐵，正極材料可用還原性比鐵弱的導(dǎo)體，電解質(zhì)溶液為含F(xiàn)e3+的鹽溶液。請(qǐng)根據(jù)反應(yīng) ：2Fe3+

13、+ Fe = 3 Fe 2+Fe練習(xí) ： 根據(jù)反應(yīng):Fe+Cu2+=Fe2+Cu設(shè)計(jì)一套原電池。標(biāo)出正負(fù)極、電極反應(yīng)式和反應(yīng)類型?？蛇x材料： Zn、 Fe 、Cu、 石墨棒、 塑料片 稀硫酸、硫酸銅溶液、氯化銅溶液 硫酸亞鐵溶液 、導(dǎo)線正極材料可以是石墨或是銅，但負(fù)極一定要用鐵，溶液應(yīng)為硫酸銅或氯化銅的溶液。硫酸銅銅鐵參考練習(xí) ： 根據(jù)反應(yīng):Fe+Cu2+=Fe2+Cu設(shè)計(jì)一套原第3課時(shí)發(fā)展中的化學(xué)電源第3課時(shí)發(fā)展中的化學(xué)電源1）化學(xué)電池有三大類型： 、 、 . 干電池 充電電池 燃料電池 2）特點(diǎn)：一次電池：不可充電， 如干電池（又稱為鋅錳電池，是最早使用的化學(xué)電池）二次電池：可循環(huán)利用，

14、放電過程是將 能轉(zhuǎn)化為 能； 充電過程是將 能轉(zhuǎn)化為 能。燃料電池：可不斷充入氧化劑、還原劑連續(xù)使用， 最理想的燃料是 。（1）產(chǎn)物為水，無污染（2）與其它能源比，反應(yīng)相同質(zhì)量，放出能量多（3）來源廣化學(xué) 電 電 化學(xué)H2 發(fā)展中的化學(xué)電源1）化學(xué)電池有三大類型： 干電池 二、常見的化學(xué)電池1.干電池(一次性電池)電極:Zn為負(fù)極,碳棒為正極電解液:NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊總反應(yīng)： Zn+2MnO2 + 2NH4+ = Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O電極方程式：負(fù)極(Zn):Zn2e-Zn2正極(C)：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-= Mn2O3+2NH3+H2O(1)鋅

15、錳干電池二、常見的化學(xué)電池1.干電池(一次性電池)電極:Zn為負(fù)極,(2)堿性鋅錳干電池 隨著用電器朝著小型化、多功能化發(fā)展的要求，對(duì)電池的發(fā)展也提出了小型化、多功能化發(fā)展的要求。 體積小、性能好的堿性鋅錳電池應(yīng)運(yùn)而生。這類電池的重要特征是電解質(zhì)溶液由原來的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負(fù)極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流大幅度提高。(2)堿性鋅錳干電池 隨著用電器朝著小型化、多銀鋅電池Zn為負(fù)極, Ag2O為正極 電解液: KOH溶液電極反應(yīng)式: 負(fù)極:Zn2OH2e-Zn(OH)2 正極:Ag2OH2O2e-2Ag2OH總反應(yīng)式: ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2銀鋅電

16、池Zn為負(fù)極, Ag2O為正極 2、鉛蓄電池（二次電池）2、鉛蓄電池（二次電池）鉛蓄電池:電極：Pb為負(fù)極 PbO2為正極.電解液: 30%的H2SO4溶液總電池反應(yīng):PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O放電時(shí)：為原電池 負(fù)極(Pb) ：PbSO42-2e- PbSO4 正極(PbO2): PbO24HSO42-2e-PbSO42H2O 當(dāng)有10mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，消耗 molH2SO4 10放電充電鉛蓄電池:電極：Pb為負(fù)極 PbO2為正極.電解液: 33、鋰電池3、鋰電池鋰電池鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長。負(fù)極： Li

17、 e- = Li+7g1mol鋰電池鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的1兩極得失電子數(shù)相等。2電極反應(yīng)式常用“=”，不用“”,不寫條件。3電極反應(yīng)式中若有氣體生成，需加“”；若有固體生成，一般不標(biāo)“”。原電池的總反應(yīng)式把正極和負(fù)極的電極反應(yīng)式相加而得。4還要注意電解質(zhì)溶液對(duì)產(chǎn)物存在形式的影響，堿性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)H，酸性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)OH。電極方程式的書寫注意事項(xiàng) 1兩極得失電子數(shù)相等。電極方程式的書寫注意事項(xiàng) 4、新型燃料電池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。4、新型燃料電池

18、 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部燃料電池書寫注意事項(xiàng)：1.先寫出燃料與O2的反應(yīng)，看生成物能否與電解質(zhì)反應(yīng)，若能，寫出反應(yīng)式，再將兩反應(yīng)式相加，得總反應(yīng)；若不能，則總反應(yīng)就是燃料與O2 的反應(yīng)。2.燃料作負(fù)極，失電子； O2作正極,得電子。（遵循得失電子守恒，電荷守恒）。3.關(guān)于O2處理： O2 得電子變成O2-,不能單獨(dú)存在。酸性溶液： O2與H+結(jié)合生成H2O;堿性或中性溶液： O2與H2O結(jié)合生成OH- 。4.先寫正極，再寫負(fù)極。負(fù)極=總反應(yīng)正極燃料電池書寫注意事項(xiàng)：1.先寫出燃料與O2的反應(yīng)，看生成物能氫氧燃料電池工作原理氫氧燃料電池工作原理氫氧燃料電池電極:Pt制作的惰性電極反應(yīng)原理:b.堿性電解質(zhì)溶液（如KOH）總反應(yīng)：正極: 負(fù)極:a.酸性電解質(zhì)溶液 (如硫酸)總反應(yīng)： 正極:負(fù)極 : 2H2+4OH4e-4H2OO22H2O 4e-4OH 2H2O22H2