1、第四章第四章 電化學基礎電化學基礎 第一節第一節 原原 電電 池池 會理縣實驗中學 王宗菊 1. 本節要點本節要點 構成原電池的條件？構成原電池的條件？ 3. 原電池的工作原理？原電池的工作原理？ 什么是原電池？什么是原電池？ 4. 原電池的正負極和電子流向如何判斷？原電池的正負極和電子流向如何判斷？ 2. 閱讀材料閱讀材料 1780年意大利著名生物學家伽伐尼。解剖年意大利著名生物學家伽伐尼。解剖 青蛙時，已死去的青蛙竟然發生了抽搐。伽伐青蛙時，已死去的青蛙竟然發生了抽搐。伽伐 尼做了如下實驗：尼做了如下實驗： 實驗實驗1: 用一枝用一枝銅鉤銅鉤插入死青蛙的脊髓中，插入死青蛙的脊髓中， 再掛在

2、再掛在鐵欄桿鐵欄桿上，當青蛙腿碰到鐵欄桿時，就上，當青蛙腿碰到鐵欄桿時，就 發生顫抖。發生顫抖。 實驗實驗2:將青蛙放到將青蛙放到銅制銅制的解剖盤里，當的解剖盤里，當解剖解剖 刀刀接觸蛙腿時，蛙腿發生抽搐接觸蛙腿時，蛙腿發生抽搐. 他根據實驗得出：青蛙自身肌肉和神經里他根據實驗得出：青蛙自身肌肉和神經里 的的“生物電生物電”是導致抽搐的原因。是導致抽搐的原因。1791年，伽年，伽 伐尼發表了伐尼發表了論肌肉中的生物電論肌肉中的生物電論文，引起論文，引起 廣泛關注。廣泛關注。 善于質疑的意大利物理學家伏打，提出了疑善于質疑的意大利物理學家伏打，提出了疑 問：為什么只有青蛙腿和銅器或鐵器接觸時才問

3、：為什么只有青蛙腿和銅器或鐵器接觸時才 發生抽搐？他做了如下實驗：發生抽搐？他做了如下實驗： 實驗實驗1:將青蛙腿放在將青蛙腿放在銅盤銅盤里，用里，用解剖刀解剖刀去接去接 觸，蛙腿抽搐觸，蛙腿抽搐. 實驗實驗2:將青蛙腿放在將青蛙腿放在木盤木盤里，用里，用解剖刀解剖刀去接去接 觸，蛙腿不動觸，蛙腿不動. 伏打用實驗推翻了伽伐尼的結論，認為要有伏打用實驗推翻了伽伐尼的結論，認為要有 兩種活潑性不同的金屬同時接觸蛙腿，蛙腿才兩種活潑性不同的金屬同時接觸蛙腿，蛙腿才 會抽搐。會抽搐。 由此由此,伏打加以研究伏打加以研究,于于1799年發明了世界上年發明了世界上 第一個電池第一個電池伏打電池即伏打電池

4、即原電池原電池 伏打對生物電觀點的質疑伏打對生物電觀點的質疑 （Volta,A.1745-1827） 1800年建立伏打電堆模型。年建立伏打電堆模型。 伏打電池是伏打電池是 實用電池的開端。實用電池的開端。 實驗探究實驗探究 請根據反應請根據反應： Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 分析該反應氧化劑、還原劑及電子轉移分析該反應氧化劑、還原劑及電子轉移 情況和現象及反應快慢。情況和現象及反應快慢。 CuSO4 一、原電池的工作原理一、原電池的工作原理 氧化還原反應（本質：反應物之間有電子轉移）氧化還原反應（本質：反應物之間有電子轉移） 負極負極 （還原性）（還原性） 還原反應還原反

5、應氧化反應氧化反應 正極正極 （氧化性）（氧化性） 失失e 得得e 電子電子e 電流電流 結論結論把氧化反應和還原反應分開在不把氧化反應和還原反應分開在不 同的區域進行，再以適當的方式連接起來，同的區域進行，再以適當的方式連接起來， 就可以獲得電流就可以獲得電流 CuSO4 溶液溶液 電流表指針發生偏轉嗎？兩電流表指針發生偏轉嗎？兩 個電極上及溶液都有什么現象？個電極上及溶液都有什么現象？ 換成換成H2SO4現象又如何？現象又如何？ 該裝置是否構成原電池？電流該裝置是否構成原電池？電流 表指針發生偏轉嗎？銅電極上表指針發生偏轉嗎？銅電極上 有什么現象？有什么現象？ 實驗探究實驗探究1 實驗探究

6、實驗探究2 指針偏轉，鋅片逐漸溶解，銅片質量增加，指針偏轉，鋅片逐漸溶解，銅片質量增加， 溶液顏色變淺速度較快。溶液顏色變淺速度較快。 是原電池，指針不偏轉，銅極增重。是原電池，指針不偏轉，銅極增重。 （可以）（可以） （可以）（可以） （可以）（可以） （不可以）（不可以） 形成條件一：形成條件一： 活潑性不同的兩個電極活潑性不同的兩個電極 負極：較活潑的金屬。（一定嗎？）負極：較活潑的金屬。（一定嗎？） 正極：較不活潑的金屬、石墨等正極：較不活潑的金屬、石墨等 判斷下列哪些裝置能構成原電池。為什么？判斷下列哪些裝置能構成原電池。為什么？ 形成條件二：電極需插進電解質溶液中；形成條件二：電極

7、需插進電解質溶液中； 形成條件三：必須形成閉合回路形成條件三：必須形成閉合回路 （可以）（可以） （不可以）（不可以） （可以）（可以）（不可以）（不可以） 氧化反應氧化反應 Zn-2e=Zn2+ 銅鋅原電池銅鋅原電池 電解質電解質 溶液溶液 失失e，沿導線傳遞，有電流產生，沿導線傳遞，有電流產生 還原反應還原反應 Cu2+2e- =Cu 陰離子陰離子 陽離子陽離子 總反應：總反應： 負極負極 正極正極 Cu2+2e- =Cu Zn-2e- =Zn2+ Zn+Cu2+=Zn2+Cu Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu (離子方程式）離子方程式） （化學方程式）（化學方程式） 電極反應電極反應

8、正極：正極： 負極：負極：（氧化反應）（氧化反應） （還原反應）（還原反應） 陽離子陽離子 外電路外電路 內電路內電路 回顧舊知回顧舊知 1 1、原電池、原電池 的裝置。的裝置。 原電池反應的本質是發生原電池反應的本質是發生_ _ _反應。反應。 2 2、原電池的構成條件：、原電池的構成條件： 3 3、原電池正、負極規律、原電池正、負極規律 負極負極電子電子 的極。通常是活潑性的極。通常是活潑性 的的 金屬，發生金屬，發生 反應反應 正極正極電子電子 的極。通常是活潑性的極。通常是活潑性 的金屬的金屬 或非金屬導體，發生或非金屬導體，發生 反應反應 流出流出較強較強 氧化氧化 流入流入 較弱較

9、弱 還原還原 有兩種活潑性不同的金屬（或其中一種為非金屬導體）有兩種活潑性不同的金屬（或其中一種為非金屬導體） 電解質溶液電解質溶液 構成閉合回路構成閉合回路 能自發地發生氧化還原反應能自發地發生氧化還原反應 將化學能轉變為電能將化學能轉變為電能 氧化還原氧化還原 CuSO4 溶液溶液 電流表指針發生偏轉嗎？電流表指針發生偏轉嗎？ 指針穩定嗎？兩個電極上都指針穩定嗎？兩個電極上都 有什么現象？效率高嗎？有什么現象？效率高嗎？ 電流表指針發生偏轉，但電流表指針發生偏轉，但 不穩定。放電時間短效率低，不穩定。放電時間短效率低， 兩個電極上都有紅色物質生兩個電極上都有紅色物質生 成成 CuSO4 溶

10、液溶液 思考：如何才能得到思考：如何才能得到 持續穩定的電流？將持續穩定的電流？將 鋅片與銅片隔離。鋅片與銅片隔離。 分析：分析： 由于鋅片與硫酸銅溶液直接由于鋅片與硫酸銅溶液直接 接觸，銅在鋅片表面析出，鋅表接觸，銅在鋅片表面析出，鋅表 面也構成了原電池，進一步加速面也構成了原電池，進一步加速 銅在鋅表面析出，致使向外輸出銅在鋅表面析出，致使向外輸出 的電流強度減弱。當鋅片表面完的電流強度減弱。當鋅片表面完 全被銅覆蓋后，不再構成原電池，全被銅覆蓋后，不再構成原電池， 也就沒有電流產生。也就沒有電流產生。 硫酸鋅溶液硫酸鋅溶液 硫酸銅溶液硫酸銅溶液 上述裝置構成原電池了嗎？為什么？上述裝置構

11、成原電池了嗎？為什么？ 怎樣才能構成原電池呢？怎樣才能構成原電池呢？ 為了避免發生這種現象，設計如下圖（書為了避免發生這種現象，設計如下圖（書 P71圖圖4-1）所示的原電池裝置，你能解釋它）所示的原電池裝置，你能解釋它 的工作原理嗎？的工作原理嗎？ 鹽橋中通常裝有含瓊膠鹽橋中通常裝有含瓊膠 的的KClKCl飽和溶液飽和溶液 此裝置優點：能穩定長此裝置優點：能穩定長 時間放電時間放電 工作原理工作原理 外電路外電路：Zn失去電子沿導線通過電流表進入失去電子沿導線通過電流表進入 銅片銅片 內電路內電路： Zn原子失去電子成為原子失去電子成為Zn2+進入溶液，使進入溶液，使 ZnSO4溶液因溶液因

12、Zn2+增加而帶正電，鹽橋中增加而帶正電，鹽橋中 的的Cl會移向會移向ZnSO4溶液；同時溶液；同時Cu2+獲得電獲得電 子成為金屬沉淀在銅片上，使子成為金屬沉淀在銅片上，使CuSO4溶液溶液 因因SO42相對增加而帶負電，鹽橋中的相對增加而帶負電，鹽橋中的K+ 移向移向CuSO4溶液，從而形成閉合回路。溶液，從而形成閉合回路。 1.1.組成組成兩個半電池左兩個半電池左右兩個燒杯中的電右兩個燒杯中的電 解質溶液應解質溶液應 與電極材料具有相同的陽離子。與電極材料具有相同的陽離子。 鹽橋的作用鹽橋的作用 讓溶液始終保持電中性讓溶液始終保持電中性 代替兩溶液直接接觸使兩個燒杯中的代替兩溶液直接接觸

13、使兩個燒杯中的 溶液連成一個通路溶液連成一個通路 鹽橋：鹽橋：飽和飽和 KCl KCl 溶液溶液( (以瓊以瓊 膠制作成凍膠膠制作成凍膠) ) 原電池原電池 二、電極反應式的判斷和書寫二、電極反應式的判斷和書寫 （1 1）. . 原電池兩極的判斷原電池兩極的判斷：若給出裝置則與電解液反應：若給出裝置則與電解液反應 的一極為負極，若給出總反應方程式則分析反應中有的一極為負極，若給出總反應方程式則分析反應中有 關物質元素化合價的變化，確定原電池的正極和負極。關物質元素化合價的變化，確定原電池的正極和負極。 （2 2）書寫電極反應時，要將總化學反應與正、負極反）書寫電極反應時，要將總化學反應與正、負

14、極反 應聯系在一起考慮，它們具有加和性：應聯系在一起考慮，它們具有加和性： 化學反應方程式化學反應方程式=正極反應方程式正極反應方程式+ +負極反應方程式。負極反應方程式。 （3 3）. . 在原電池反應中，必須遵循在原電池反應中，必須遵循得失電子守恒得失電子守恒。 （4 4）. . 介質參與電極反應的原則：原電池的兩極反應介質參與電極反應的原則：原電池的兩極反應 若均在一定介質中進行，介質常常參與電極反應。若均在一定介質中進行，介質常常參與電極反應。在在 酸性介質中，酸性介質中，H H+ +可能反應，在堿性介質中，可能反應，在堿性介質中，OHOH 可能 可能 反應。反應。 判斷右邊原電池的正

15、、負極，并寫出電極判斷右邊原電池的正、負極，并寫出電極 反應式。反應式。 Cu CCu C FeClFeCl3 3溶液溶液 負極：負極： CuCu 失電子失電子 Cu - 2e Cu - 2e- - = Cu = Cu2+ 2+ 正極：正極： FeFe3+ 3+得電子 得電子 2Fe 2Fe3+ 3+ + 2e + 2e- - = 2Fe = 2Fe2+ 2+ A A Cu+2FeClCu+2FeCl3 3 =CuCl =CuCl2 2 +2FeCl +2FeCl2 2 先寫出總反應：先寫出總反應：即即 負極與電解質溶液反應負極與電解質溶液反應 拆成離子方程式：拆成離子方程式： Cu + 2F

16、eCu + 2Fe3 3 = Cu = Cu2 2 + 2Fe + 2Fe2 2 根據化合價升降判斷正負極根據化合價升降判斷正負極 1.簡單原電池電極方程式的寫法簡單原電池電極方程式的寫法 請寫出右邊原電池的請寫出右邊原電池的電極方程式。電極方程式。 總反應方程式：電極與電解液反應的方程式總反應方程式：電極與電解液反應的方程式 負極：負極：AlAl，失，失 Al3+ Mg Al NaOHNaOH溶液溶液 A 拆成離子方程式：拆成離子方程式： 2Al + 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2 根據化合價升降判斷正負極根據化合價升降判斷正負極 2Al + 2NaOH + 2H2O =

17、2NaAlO2 + 3H2 2.2.燃料電池電極方程式的寫法燃料電池電極方程式的寫法 總反應：總反應： 實際上就是燃料的完全燃燒。實際上就是燃料的完全燃燒。 負極（通入燃料）：負極（通入燃料）： 為燃料失去電子的氧化反應，為燃料失去電子的氧化反應， 正極（通入氧化劑）：正極（通入氧化劑）： 為氧化劑得到電子的還原反應。為氧化劑得到電子的還原反應。 負極總反應負極總反應: 2H: 2H2 2 - 4e - 4e- - + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O 正極正極: : 總反應負極反應總反應負極反應 總反應：總反應：2H2H2 2+ O+ O2 22H2H2 2O O 負極負極:

18、H: H2 2 失 失e e 4H4H+ + + 4OH + 4OH- - 4H4H2 2O O 2H2H2 2 - 4e - 4e- - 4 H4 H O O2 2 + 2H + 2H2 2O + 4eO + 4e- - 4OH4OH- - 三、原電池的設計三、原電池的設計 （一）負極參與的電池：（一）負極參與的電池： 活潑性不同活潑性不同 的兩種金屬。的兩種金屬。如鋅銅原電池，鋅作負極，銅作正極如鋅銅原電池，鋅作負極，銅作正極 金屬和非金屬。金屬和非金屬。如鋅錳干電池，鋅作負極，石墨棒作正極如鋅錳干電池，鋅作負極，石墨棒作正極 金屬和化合物。金屬和化合物。如鉛蓄電池，鉛版作負極，如鉛蓄電池

19、，鉛版作負極，PbO2作正極作正極 （二）兩極均不參與電池：（二）兩極均不參與電池： 惰性電極。惰性電極。如氫氧燃料電池中，兩根電極均可用如氫氧燃料電池中，兩根電極均可用Pt （電池的電極必須導電）（電池的電極必須導電） 電解質溶液一般要能夠與負極發生反應。但若是兩個半反應分電解質溶液一般要能夠與負極發生反應。但若是兩個半反應分 別在兩個燒杯中進行，則左右兩個燒杯中的電解質溶液應別在兩個燒杯中進行，則左右兩個燒杯中的電解質溶液應 與與電電 極材料具有相同的陽離子極材料具有相同的陽離子。 請根據氧化還原反應請根據氧化還原反應 : Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ 設計成原電池。

20、設計成原電池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案? Cu Cu 2e- = Cu2+ 比比Cu不活潑的金屬或石墨不活潑的金屬或石墨 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO 4 )3、FeCl3等等 負極：負極： 正極：正極： 電解質溶液：電解質溶液： 練一練練一練 若是采用燒杯和鹽橋裝置圖，采用的電解質溶液又是若是采用燒杯和鹽橋裝置圖，采用的電解質溶液又是 什么？試畫出原電池的裝置簡圖。什么？試畫出原電池的裝置簡圖。 1.1.利用原電池原理設計新型化學電池；利用原電池原理設計新型化學電池； 2.2.改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫 酸反應制取

21、氫氣；酸反應制取氫氣； 3.3.進行金屬活動性強弱比較；進行金屬活動性強弱比較； 4.4.電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極 而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。而受到保護。如在鐵器表面鍍鋅。 四、原電池的主要應用：四、原電池的主要應用： 5.5.解釋某些化學現象解釋某些化學現象 (1)比較金屬活動性強弱。比較金屬活動性強弱。 例例1：下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是 下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是 C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極；將甲乙作電極組成原電池時甲是負極； A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用導線連接

22、插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2氣放出氣放出； B.在氧化在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多還原反應中，甲比乙失去的電子多； D.同價態的陽離子，甲比乙的氧化性強；同價態的陽離子，甲比乙的氧化性強； （C） 原電池原理應用：原電池原理應用： (2)比較反應速率比較反應速率 例例2 ： 下列制氫氣的反應速率最快的是下列制氫氣的反應速率最快的是 粗鋅和粗鋅和 1mol/L 鹽酸；鹽酸； B. A. 純鋅和純鋅和1mol/L 硫酸；硫酸； 純鋅和純鋅和18 mol/L 硫酸；硫酸； C. 粗鋅和粗鋅和1mol/L 硫酸的反應中加入幾滴硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液。溶液。D. （ D ） 原電池原理應用：原電池原理應用： 例例4：下列裝置中四塊相同的 下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速片，放置一段時間后腐蝕速 率由率由慢慢到到快快的順序是的順序是(4)(2)(1)(3) (4)判斷溶液判斷溶液pH值變化值變化 例例5： 在在Cu-Zn原電池中，原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為溶液的濃度為 0.125mol/L , 若工作一段時間后，從裝置中共