1、選修（四）化學反應原理選修（四）化學反應原理第四章第四章 電化學基礎電化學基礎電化學電化學：研究化學能與電能之間相互轉研究化學能與電能之間相互轉 換的換的裝置、過程裝置、過程和和效率效率的科學。的科學。過程及裝置分過程及裝置分按電化學反應按電化學反應2. 借助電流而發生反應及裝置借助電流而發生反應及裝置 (如如:電解池電解池)1. 產生電流的化學反應及裝置產生電流的化學反應及裝置 (如如:原電池等原電池等) 第第 1 1 課課 時時一、原電池的基礎知識一、原電池的基礎知識1.1.定義：定義：把把化學能化學能轉變為轉變為電能電能的的裝置裝置 理解：理解： 外形無外加電源外形無外加電源 自發的自發

2、的才可能被設計成原電池才可能被設計成原電池 復習回顧復習回顧【實驗驗證化學能轉化為電能的客觀事實】CuZn 稀硫酸稀硫酸- - -Zn2+H+H+Zn2e- = Zn2+2H+2e-=H2總反應式總反應式: :Zn+2H+= Zn2+H2正正氧化反應氧化反應還原反應還原反應現象現象：鋅棒溶解，銅棒上有氣泡鋅棒溶解，銅棒上有氣泡A原電池工作原理原電池工作原理CuZn- - -Zn2+H+H+負極負極正極正極陽離子陽離子陰離子陰離子正極正極負極負極SO42-原電池工作原理原電池工作原理Ae-（1 1）有兩種）有兩種活潑性不同活潑性不同的金屬（或一種是的金屬（或一種是 非金屬單質或金屬氧化物）作電極

3、。非金屬單質或金屬氧化物）作電極。 （2 2）電極材料均插入）電極材料均插入電解質電解質溶液中。溶液中。 （3 3）兩極相連形成）兩極相連形成閉合閉合電路。電路。 1.內部條件：能自發進行內部條件：能自發進行氧化還原氧化還原反應反應2.外部條件：外部條件：組成原電池的條件組成原電池的條件 兩極一液成回路，氧化還原是中心兩極一液成回路，氧化還原是中心判斷下列裝置哪些屬于原電池判斷下列裝置哪些屬于原電池H2SO4Zn ZnZn Zn（1 1）石墨石墨石墨石墨H2SO4（2 2）H2SO4Zn Zn 石墨石墨（3 3）Zn Zn CuCuH2SO4（4 4）CuSO4Zn Zn CuCu（5 5）C

4、2H5OHZn Zn CuCu（6 6）Zn Zn CuCuZnSO4 CuSO4（7 7） 理論上應看到只在銅片上有大理論上應看到只在銅片上有大量氣泡，實際上鋅片上也有大量量氣泡，實際上鋅片上也有大量氣泡產生，這是什么原因導致的氣泡產生，這是什么原因導致的呢？呢？最終又會造成什么后果？怎樣最終又會造成什么后果？怎樣避免和克服呢？避免和克服呢？A稀稀H2SO4鋅片鋅片 銅片銅片想一想想一想【交流【交流 研討一研討一】讓鋅片與稀硫酸讓鋅片與稀硫酸不直接接觸不直接接觸ZnSO4溶液溶液 H2SO4溶液溶液ZnCuA？改進改進如何改進原電池裝置？如何改進原電池裝置？稀硫酸稀硫酸 CuZnA【觀察與思

5、考【觀察與思考】【結論【結論1】改進后的原電池裝置改進后的原電池裝置提高了能量轉換率提高了能量轉換率ZnSO4溶液溶液H2SO4溶液溶液ZnCuA稀硫稀硫酸酸 CuZnAZnSO4溶液溶液 H2SO4溶液溶液ZnCuA【交流【交流 研討二研討二】改進后的原電池裝置改進后的原電池裝置還有什么優點？還有什么優點？【結論【結論2】改進后的原電池裝置改進后的原電池裝置化學能不會自動釋放化學能不會自動釋放【啟示【啟示】氧化劑和還原劑氧化劑和還原劑不直接接觸不直接接觸也能發生反應也能發生反應改進改進實驗探究二請根據反應請根據反應：Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu設計一個原電池裝置，標出電極設

6、計一個原電池裝置，標出電極材料和電解質溶液材料和電解質溶液, ,寫出電極反應寫出電極反應方程式方程式. . CuSO4 溶液溶液且兩個電極上都有紅色物質析出且兩個電極上都有紅色物質析出 電流表指針發生偏轉，電流表指針發生偏轉， 但隨著時間的延續，電流表指但隨著時間的延續，電流表指針偏轉的角度越來越小，最針偏轉的角度越來越小，最終可能沒有電流通過。終可能沒有電流通過。負負正正負極負極Zn2e-=Zn2+正極正極Cu2+2e-=Cu即無法產生持續穩定的電流即無法產生持續穩定的電流 按下圖所示按下圖所示, , 將置有鋅片的將置有鋅片的ZnSOZnSO4 4溶液和置有銅片的溶液和置有銅片的CuSOCu

7、SO4 4溶液分別通過導線與電流計連接，有什么現象溶液分別通過導線與電流計連接，有什么現象? ? 電流計指針不偏轉，且電流計指針不偏轉，且銅片和鋅片上均無明顯銅片和鋅片上均無明顯現象（即現象（即: :無電子定向無電子定向移動）移動） 探究實驗二：改進方案探究實驗二：改進方案ZnSO4Zn CuCuSO4A上述裝置構成了原電池嗎？為什么上述裝置構成了原電池嗎？為什么？ （溶液不保持電中性）溶液不保持電中性）實驗探究二：方案改進鹽橋鹽橋AZn CuZnSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液設計如下圖（書設計如下圖（書P71P71圖圖4-14-1）所示的原電池裝）所示的原電池裝置，結果如何呢？你能解釋它的

8、工作原理嗎？置，結果如何呢？你能解釋它的工作原理嗎？u鹽橋：鹽橋：在在U U型管中裝滿用型管中裝滿用飽和飽和KCl溶液和瓊溶液和瓊脂作成的凍膠。脂作成的凍膠。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設計鹽橋原電池的思路：Zn+2Ag+=Zn2+2Ag能產生穩定、持續電流的原電能產生穩定、持續電流的原電池應具備什么條件？池應具備什么條件

9、？1.1.要有導電性不同的兩個電極要有導電性不同的兩個電極2.2.兩個半反應在不同的區域進行兩個半反應在不同的區域進行3.3.用導線和鹽橋分別將兩個半電用導線和鹽橋分別將兩個半電池連接在一起池連接在一起小結小結第1節 ：原電池 第第 2 2 課課 時時復習：復習：3. 兩個電極相連插入電解質溶液中并兩個電極相連插入電解質溶液中并形成閉合電路形成閉合電路;把化學能直接轉化為電能的裝置。把化學能直接轉化為電能的裝置。1 1. .有兩塊金屬有兩塊金屬( (或非金屬或非金屬) )導體作導體作電極電極; ; 2.2.電解質溶液電解質溶液二二. .構成原電池的基本條件構成原電池的基本條件：一一. .原電池

10、原電池：4 4. .有可有可自發進行的氧化還原反應自發進行的氧化還原反應。三三. .加入鹽橋后由兩個半電池組成的原電池工作原理加入鹽橋后由兩個半電池組成的原電池工作原理：1. 用還原性較強的物質用還原性較強的物質(如：活潑金屬如：活潑金屬)作負極，向外電路提供作負極，向外電路提供電子；電子；用不用不活潑活潑物質物質作正極作正極，從外電路得到電子。，從外電路得到電子。2. 原電池在放電時，負極上的電子經過導線流向正極，而氧原電池在放電時，負極上的電子經過導線流向正極，而氧化劑從正極上得到電子，兩極之間再通過化劑從正極上得到電子，兩極之間再通過鹽橋鹽橋及原電池內部及原電池內部溶液中的陰、陽離子定向

11、運動形成的內電路溶液中的陰、陽離子定向運動形成的內電路構成有穩定電流構成有穩定電流的閉合回路。的閉合回路。1.1.利用反應利用反應Zn+2FeClZn+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+ZnCl+ZnCl2 2 ，設計出兩種原電，設計出兩種原電池，畫出原電池的示意圖，并寫出電極反應方程式。池，畫出原電池的示意圖，并寫出電極反應方程式。 參考答案參考答案 (+)(-) G Zn Pt FeCl3溶液溶液負極（負極（Zn）：）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應）（氧化反應）正極（正極（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（還原反應）（還原反應）(+)(-)ZnCl2溶液溶液

12、FeCl3溶液溶液鹽橋鹽橋 G Zn C 負極（負極（Zn）：）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應）（氧化反應）正極（正極（Pt或或C）：）：2Fe3+2e-=2Fe2+（還原反應）（還原反應）（1 1）、根據氧化還原反應電子轉移判斷）、根據氧化還原反應電子轉移判斷電極反應電極反應。（2 2）、根據電極反應確定合適的）、根據電極反應確定合適的電極材料電極材料和和電解質溶液電解質溶液鞏固練習：鞏固練習：2.(07海南化學卷海南化學卷14)依據氧化還原反應：依據氧化還原反應：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)設計的原設計的原電池如圖所示。電池如圖所示。請回答下列問題：請回

13、答下列問題：(1)電極電極X的材料是的材料是 ；電解質溶液電解質溶液Y是是 ；(2)銀電極為電池的銀電極為電池的 極，極，發生的電極反應為發生的電極反應為 ；X電極上發生的電極反應為電極上發生的電極反應為 ；(3)外電路中的電子是從外電路中的電子是從 電極流向電極流向 電電極。極。CU銅銅銀銀正正AgNO3溶液溶液2Ag +2e = 2AgCu - 2e = Cu+-2+3.（08廣東卷）用銅片、銀片、廣東卷）用銅片、銀片、Cu (NO3)2溶液、溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋（裝有瓊脂溶液、導線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的的U型管）構成一型管）構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是

14、（個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是（ ）在外電路中，電流由銅電極流向銀電極在外電路中，電流由銅電極流向銀電極 正極反應為：正極反應為：Ag+e- =Ag實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續工作實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續工作將銅片浸入將銅片浸入AgNO3溶液中發生的化學反應與該原電池溶液中發生的化學反應與該原電池反應相同反應相同 A B C DC二、原電池正負極判斷二、原電池正負極判斷1.1.由組成原電池的電極材料判斷由組成原電池的電極材料判斷一般一般 負極負極 的金屬的金屬 正極正極 的金屬的金屬或或 導體，以及某些金屬氧化物導體，以及某些金屬氧化物可以理解成：可以理解成： 與電解質

15、溶液反應與電解質溶液反應 練習：練習：Mg-Al-HMg-Al-H2 2SOSO4 4中中 是正極，是正極， 是負極是負極 Mg-Al-NaOHMg-Al-NaOH中中 是正極是正極 是負極是負極活潑性強活潑性強活潑性弱活潑性弱非金屬非金屬負極負極1.1.由組成原電池的電極材料判斷由組成原電池的電極材料判斷2.2.根據電子（電流）流動的方向判斷根據電子（電流）流動的方向判斷 電子由電子由 流出，流入流出，流入 ； 電流由電流由 流出，流入流出，流入 。負極負極正極正極正極正極負極負極1.1.由組成原電池的電極材料判斷由組成原電池的電極材料判斷2.2.根據電子（電流）流動的方向判斷根據電子（電流

16、）流動的方向判斷 3.3.根據電極反應類型判斷根據電極反應類型判斷 負極負極 電子，發生電子，發生 反應反應 正極正極 電子，發生電子，發生 反應反應 失失得得氧化氧化還原還原1.1.由組成原電池的電極材料判斷由組成原電池的電極材料判斷2.2.根據電子（電流）流動的方向判斷根據電子（電流）流動的方向判斷 3.3.根據電極反應類型判斷根據電極反應類型判斷 4.4.根據電解質溶液離子移動的方向判斷根據電解質溶液離子移動的方向判斷 陰離子向陰離子向 極移動（負極帶正電荷）極移動（負極帶正電荷） 陽離子向陽離子向 極移動（正極帶負電荷）極移動（正極帶負電荷） 負負正正1.1.由組成原電池的電極材料判斷

17、由組成原電池的電極材料判斷2.2.根據電子（電流）流動的方向判斷根據電子（電流）流動的方向判斷 3.3.根據電極反應類型判斷根據電極反應類型判斷 4.4.根據電解質溶液離子移動的方向判斷根據電解質溶液離子移動的方向判斷 5.5.根據電極現象來判斷根據電極現象來判斷 負極負極 ； 正極正極 ；犧牲、溶解犧牲、溶解增重、氣泡增重、氣泡1.1.由組成原電池的電極材料判斷由組成原電池的電極材料判斷2.2.根據電子（電流）流動的方向判斷根據電子（電流）流動的方向判斷 3.3.根據電極反應類型判斷根據電極反應類型判斷 4.4.根據電解質溶液離子移動的方向判斷根據電解質溶液離子移動的方向判斷 5.5.根據電

18、極現象來判斷根據電極現象來判斷 6.6.燃料電池中燃料電池中 燃料在燃料在 反應反應 氧化劑在氧化劑在 反應反應 負極負極正極正極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.改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫酸改變化學反應速率，如實驗室用粗鋅與硫酸反應制取氫氣；反應制取氫氣；3.進行金屬活動性強弱比較；進行金屬活動性強弱比較；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。三、原電池的主要應用：三、原電池的主要應用：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

19、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：當兩種金屬構成原電池時，總是活潑的金屬作負當兩種金屬構成原電池時，總是活潑的金屬作負極而被腐蝕，所以先

20、被腐蝕的金屬活潑性較強。極而被腐蝕，所以先被腐蝕的金屬活潑性較強。 練習：練習：把把a a、b b、c c、d d四塊金屬浸入稀硫酸四塊金屬浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池。若中，用導線兩兩相連組成原電池。若 a a、b b相連時，相連時，a a為負極；為負極； c c、d d相連時，電流由相連時，電流由d d到到c c； a a、c c相連時，相連時，c c極產生大量氣泡，極產生大量氣泡， b b、d d相連時，溶液中的陽離子向相連時，溶液中的陽離子向b b極移動。極移動。則四種金屬的活潑性順序為：則四種金屬的活潑性順序為： 。a ac c d d b ba a b bc c d da

21、 a c cd d b b(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：當形成原電池之后，反應速率加快，如實驗室制當形成原電池之后，反應速率加快，如實驗室制H2H2時時, , 純純ZnZn反應不如粗反應不如粗ZnZn跟酸作用的速率快。跟酸作用的速率快。(3)比較金屬腐蝕的快慢比較金屬

22、腐蝕的快慢原電池原理應用：原電池原理應用：在某些特殊的場所在某些特殊的場所, , 金屬的電化腐蝕是不可避免的金屬的電化腐蝕是不可避免的, , 如輪船在海中航行時如輪船在海中航行時, , 為了保護輪船不被腐蝕，可以為了保護輪船不被腐蝕，可以在輪船上焊上一些活潑性比鐵更強的金屬如在輪船上焊上一些活潑性比鐵更強的金屬如ZnZn。這樣。這樣構成的原電池構成的原電池ZnZn為負極而為負極而FeFe為正極，從而防止鐵的腐為正極，從而防止鐵的腐蝕。蝕。例例3： 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4： 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，從裝置中共收集到若工作一段時間后，從裝置中共收集到 0.168L升氣體，則流過導線的電子為升氣體，則流過導線的電子為 mol,溶溶液的液的pH值變值變_？（溶液體積變化忽略不計）？（溶液體積變化忽略不計）0.2解得：解得：y 0.015 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg3.75 1044 -lg