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原电池课件人教选修 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1电电流是怎流是怎样样形成的？形成的？提示提示电子的定向移动形成电流。电子的定向移动形成电流。2什么是氧化什么是氧化还还原反原反应应？提提示示有有电电子子得得失失或或共共用用电电子子对对偏偏移移的的化化学学反反应应叫叫氧氧化化还还原反应，表现为化合价的变化。原反应，表现为化合价的变化。笃学一笃学一原电池原电池1.装置装置如如图图所示是所示是 装置，是借助装置，是借助 反反应应将将 转转化化为为 的的装装置置。Zn是是 ，Cu是是 ，外外电电路路电电子子由由 通通过过导导线线流流向向 。请请分分别别写写出出电电极极反反应应式式和和总总反反应应方方程式：程式：负负极：极：；正极：正极：；总总反反应应方程式：方程式：。原电池原电池氧化还原氧化还原化学能化学能电能电能负极负极正极正极ZnCuZn2e=Zn2Cu22e=CuZnCu2=Zn2Cu氧化反应氧化反应Zn2eZn2电解质溶液电解质溶液失失e,沿导线传递，有电流产生沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应2H2eH2阴离子阴离子阳离子阳离子负极负极 正极正极 Zn2eZn22H2eH2Zn2HZn2H2(离子方程式）离子方程式）ZnH2SO4ZnSO4H2（化学方程式）（化学方程式）电电极极反反应应负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）锌锌铜铜原电池原电池笃学二笃学二、原电池反应原理、原电池反应原理 粒子流向粒子流向 电子：负极电子：负极正极正极 电流：正极电流：正极负极负极 溶液中阴离子溶液中阴离子负极负极 溶液中阳离子溶液中阳离子正极正极 电极电极反应反应 负负极：极：氧氧化反应化反应 活泼金属失电子变阳离子活泼金属失电子变阳离子 正正极：极：还还原反应原反应 溶液中离子得电子溶液中离子得电子 总反应：负极金属与电解液的离子反应总反应：负极金属与电解液的离子反应 【慎思【慎思1】盐桥盐桥内盛放的是什么物内盛放的是什么物质质？其作用是什么？其作用是什么？提提示示盐盐桥桥内内通通常常装装有有含含有有琼琼胶胶的的KCl饱饱和和溶溶液液。离离子子在在盐盐桥桥中中能能定定向向移移动动，通通过过盐盐桥桥将将两两个个隔隔离离的的电电解解质质溶溶液液连连接接起起来来，可可使使电电流流持持续续传传导导。使使用用盐盐桥桥将将两两个个半半电电池池完完全全隔隔开开，使使副副反反应应减减至至最最小小程程度度，可可以以获获得得单单纯纯的的电电极极反反应应，便便于于分分析析放放电过程，有利于最大程度地将化学能转化为电能。电过程，有利于最大程度地将化学能转化为电能。笃学三笃学三原电池形成的条件是什么？原电池形成的条件是什么？提提示示两两个个活活泼泼性性不不同同的的电电极极，其其中中一一个个相相对对来来说说较较活活泼泼，另另一一个个相相对对来来说说较较不不活活泼泼，二二者者直直接接或或间接地连在一起，插入电解质溶液中。间接地连在一起，插入电解质溶液中。电解质溶液。电解质溶液。形成闭合回路。形成闭合回路。能自发地发生放出能量的氧化还原反应。能自发地发生放出能量的氧化还原反应。下列装置中属于原电池的是下列装置中属于原电池的是练习练习1、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.()()()2H2eH2负极：负极：总反应：总反应：正极正极：Zn2eZn2Zn2HZn2H2()()负极负极：正极正极：总总反应反应：正极：正极：负极负极：总反应：总反应：Zn2eZn22H2eH2Zn2HZn2H2Fe2eFe2Cu22eCuFeCu2Fe2CuFeCuSO4CuFeSO4 ()()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Zn2eZn2Cu22eCuZnCu2Zn2Cu或或 ZnCuSO4ZnSO4Cu笃学四笃学四、原电池电极反应的书写方法、原电池电极反应的书写方法 正极反应正极反应 负极反应负极反应 总反应总反应 负极金属与电解质溶液的离子反应负极金属与电解质溶液的离子反应 负极金属失电子变成阳离子的反应负极金属失电子变成阳离子的反应 总反应减去负极反应总反应减去负极反应 负极正极电极材料较活泼的金属较不活泼金属或非金属电子流向电子流出的一极电子流入的一极电流流向电流流入的一极电流流出的一极离子移动方向阴离子移向的一极阳离子移向的一极反应类型发生氧化反应的一极发生还原反应的一极电极质量变化电极质量减轻的一极电极质量增加的一极气体产生 产生气体的一极(通常为H2)pH变化 pH增大的一极(析氢或吸氧的电极中)【例例1】将将Mg条条、Al条条平平行行插插入入一一定定浓浓度度的的NaOH溶溶液液中中，用用导导线线、电电流流计计连连接接成成原原电电池池，此此电电池池工工作作时时，下下列列叙叙述述中中正正确的是确的是()。AMg比比Al活活泼泼，Mg失去失去电电子被氧化成子被氧化成Mg2B负负极反极反应应式式为为：Al3e4OH=AlO22H2OC该该电电池池的的内内外外电电路路中中，电电流流均均是是由由电电子子定定向向移移动动形形成成的的DAl是是电电池池正正极极，开开始始工工作作时时溶溶液液中中会会立立即即有有白白色色沉沉淀淀析出析出 NaOH(aq)(1)原原电电池池的的电电极极类类型型不不仅仅跟跟电电极极材材料料有有关关，还还与与电电解解质质溶溶液的性质有关。液的性质有关。如如镁镁铝铝电电极极在在稀稀硫硫酸酸中中构构成成原原电电池池，镁镁为为负负极极，铝铝为为正正极极，但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。(2)原原电电池池中中并并非非只只有有负负极极电电极极材材料料参参与与化化学学反反应应。有有的的两两极极都都参参与与化化学学反反应应，如如可可充充电电电电池池，有有的的两两电电极极材材料料都都不不参参与与化学反应，如氢氧燃料电池。化学反应，如氢氧燃料电池。【体体验验1】在在下下图图所所示示装装置置中中，观观察察到到电电流流计计指指针针偏偏转转，M棒棒变变粗粗，N棒棒变变细细，由由此此判判断断下下表表中中所所列列M、N、P物物质质，其其中中可以成立的是可以成立的是()。MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液【体验【体验2】X、Y、Z都是金属，把都是金属，把X浸入浸入Z的硫酸盐溶液中，的硫酸盐溶液中，X的表面有的表面有Z析出，析出，X与与Y组成原电池时，组成原电池时，Y为负极。为负极。X、Y、Z三三种金属的活动性顺序为种金属的活动性顺序为A、XY Z B、X Z YC、Y X Z D、Y Z XC【体验【体验3】把把A、B、C、D四块金属片用导线两两相连，浸入稀四块金属片用导线两两相连，浸入稀硫酸中组成原电池。若硫酸中组成原电池。若A、B相连时，相连时，A为负极；为负极；C、D相连时，相连时，D上产生大量气泡；上产生大量气泡；A、C相连时，电流由相连时，电流由C经导线流向经导线流向A；B、D相相连时，电子由连时，电子由D经导线流向经导线流向B，则此，则此4种金属的活动性由强到弱的种金属的活动性由强到弱的顺序为顺序为 A、ABC D B、A C D B C、C A B D D、B A C DB1加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率例例如如：在在锌锌与与稀稀H2SO4反反应应时时加加入入少少量量CuSO4溶溶液液能能使使产产生生H2的速率加快。的速率加快。2比较金属活动性的强弱比较金属活动性的强弱例例如如：有有两两种种金金属属a和和b，用用导导线线连连接接后后插插入入到到稀稀H2SO4中中，观观察察到到a极极溶溶解解，b极极上上有有气气泡泡产产生生。根根据据电电极极现现象象判判断断出出a是是负负极，极，b是正极，由原是正极，由原电电池原理可知，金属活池原理可知，金属活动动性性ab。3设计化学电池设计化学电池例例如如：以以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2为为依依据据，设设计计一一个个原原电电池。池。(1)将将氧氧化化还还原原反反应应拆拆成成氧氧化化反反应应和和还还原原反反应应两两个个半半反反应应，分分别别作原作原电电池的池的负负极和正极极和正极电电极反极反应应式。式。负负极：极：Cu2e=Cu2正极：正极：2Fe32e=2Fe2(2)确定确定电电极材料极材料若若发发生生氧氧化化反反应应的的物物质质为为金金属属单单质质，可可用用该该金金属属直直接接做做负负极极；若若为为气气体体(如如H2)或或溶溶液液中中的的还还原原性性离离子子，可可用用惰惰性性电电极极(如如Pt、碳棒、碳棒)做做负负极。极。发发生生还还原反原反应应的的电电极材料必极材料必须须比比负负极材料活极材料活泼泼性差。性差。本例中可用本例中可用铜铜棒做棒做负负极，用极，用铂丝铂丝或碳棒做正极。或碳棒做正极。(3)确定确定电电解解质质溶液溶液一一般般选选用用反反应应物物中中的的电电解解质质溶溶液液即即可可。如如本本例例中中可可用用FeCl3溶液做溶液做电电解解质质溶液。溶液。(4)构成构成闭闭合回路。合回路。4寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源5用于金属的防护用于金属的防护【例例2】依依据据氧氧化化还还原原反反应应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)，设计设计一个最一个最简单简单的原的原电电池。池。(1)在在 下下 边边 方方 框框 内内 画画 出出 实实 验验 装装 置置 图图，并并 指指 出出 正正 极极 为为_，电电极极反反应应式式为为_；负负极极为为_，电电极极反反应应式式为为_。(2)该该反反应应还还可可设设计计成成能能量量转转化化效效率率更更高高的的原原电电池池装装置置，如如图图所示：所示：请请回答下列回答下列问题问题：电电极极X的的材材料料是是_，Y的的材材料料是是_，电电解解质质溶液溶液Z是是_。盐盐桥桥的的作作用用是是_。外外电电路中的路中的电电子是从子是从_电电极流向极流向_电电极。极。解解析析本本题题考考查查原原电电池池的的原原理理和和设设计计，解解题题时时应应明明确确设设计计思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。根根据据已已知知的的氧氧化化还还原原反反应应设设计计原原电电池池的的思思路路是是：首首先先将将已已知知的的反反应应拆拆成成两两个个半半反反应应(即即氧氧化化反反应应和和还还原原反反应应)：Cu2e=Cu2，2Ag2e=2Ag；然然后后结结合合原原电电池池的的电电极极反反应应特特点点，分分析析可可知知，该该电电池池的的负负极极应应该该用用Cu作作材材料料，正正极极要要保保证证Ag得得到到负负极极失失去去的的电电子子，电电解解质质溶溶液液只只能能用用含含Ag的的电电解解质质溶溶液液，如如AgNO3溶液。而正极材料的活泼性比溶液。而正极材料的活泼性比Cu弱。弱。在在带带盐盐桥桥的的原原电电池池组组成成半半电电池池时时，注注意意电电极极材材料料与与溶溶液液中中的离子一般要相对应，如的离子一般要相对应，如Cu2/Cu或或Ag/Ag。答案答案(1)实验装置图如图：实验装置图如图：Pt(合合理理即即可可)2Ag2e=2Ag Cu Cu2e=Cu2(2)CuAgAgNO3将将两两个个隔隔离离的的电电解解质质溶溶液液连连接接起起来来，可可使使电电流流持持续续传传导导CuAg(1)例析原电池的设计过程：例析原电池的设计过程：(2)设设计计原原电电池池时时，若若氧氧化化还还原原方方程程式式中中无无明明确确的的电电解解质质溶溶液，可用水做电解质，但为了增强其导电性，通常加入强液，可用水做电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱碱或或一一般般的的强强酸酸，如如燃燃料料电电池池，水水中中一一般般要要加加入入KOH或或H2SO4；若若给给出出的的是是离离子子方方程程式式，则则电电解解质质溶溶液液是是含含氧氧化化性性离离子子的酸或可溶性盐，此时电解质可能不唯一。的酸或可溶性盐，此时电解质可能不唯一。【体体验验2】一一个个原原电电池池反反应应的的离离子子方方程程式式是是ZnCu2=Zn2Cu，该该原原电电池的正确池的正确组组成是成是()。解解析析本本题题考考查查原原电电池池的的组组成成，活活泼泼金金属属为为负负极极，且且能能与与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。电解质溶液发生自发的氧化还原反应。答案答案CABCD正极ZnCuCuZn负极CuZnZnCu电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuSO4实验探究十五原电池原理的应用实验探究十五原电池原理的应用判断金属活泼性判断金属活泼性【案案例例】某某校校化化学学研研究究性性学学习习小小组组欲欲设设计计实实验验验验证证Fe、Cu的的金金属属活活动动性性，他他们们提提出出了了以以下下两两种种方方案案。请请你你帮帮助助他他们们完完成成有关有关实验项实验项目：目：方方案案：有有人人提提出出将将大大小小相相等等的的铁铁片片和和铜铜片片，分分别别同同时时放放入入稀稀硫硫酸酸(或或稀稀盐盐酸酸)中中，观观察察产产生生气气泡泡的的快快慢慢，据据此此确确定定它它们们的的活活动动性性。该该原原理理的的离离子子方方程程式式为为_。方方案案：有有人人利利用用Fe、Cu作作电电极极设设计计成成原原电电池池，以以确确定定它它们们的的活活动动性性。试试画画出出原原电电池池装装置置图图，标标出出原原电电池池的的电电极极材材料料和和电电解解质质溶液，并写出溶液，并写出电电极反极反应应式。式。正正极极反反应应式式：_；负负极极反反应应式式：_。方方案案：结结合合你你所所学学的的知知识识，帮帮助助他他们们再再设设计计一一个个验验证证Fe、Cu活活动动性性的的简简单单实实验验方方案案(与与方方案案、不不能能雷雷同同)：_，用用离离子子方方程程式式表表示示其其反反应应原原理理：_。解解析析比比较较或或验验证证金金属属活活动动性性方方案案有有很很多多，可可以以利利用用金金属属与与酸酸反反应应的的难难易易来来判判断断或或验验证证；也也可可以以利利用用原原电电池池原原理理，负负极极是较活泼的金属；也可以利用金属单质间的置换反应来完成。是较活泼的金属；也可以利用金属单质间的置换反应来完成。