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1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第一节第一节 原电池原电池化学能化学能 电能电能装装置置过过程程效率效率电化学电化学电化学过程电化学过程产生电流的反应产生电流的反应借助电流而发生的反应借助电流而发生的反应指研究化学能与电能之间相互转换指研究化学能与电能之间相互转换 的的装置、过程装置、过程和和效率效率的科学。的科学。电化学:电化学:原电池原电池电解池电解池电化学本质:电化学本质:氧化还原反应氧化还原反应形形色色的电池形形色色的电池1.原电池的工作原理原电池的工作原理氧化还原反应(本质:反应物之间有电子转移)氧化还原反应(本质:反应物之间有电子转移)负极负极(还原性)(还原性)还原反应还原反应
2、氧化反应氧化反应正极正极(氧化性)(氧化性)失失e 得得e电子电子e电流电流4.1 4.1 原电池原电池化学能转变为电能的装置。化学能转变为电能的装置。2 2、定义、定义:3 3、构成条件、构成条件:有两个活动性不同的电极有两个活动性不同的电极电极材料均插入电解质溶液中电极材料均插入电解质溶液中两极相连形成闭合电路两极相连形成闭合电路一个自发进行的氧化还原反应一个自发进行的氧化还原反应 4.1 4.1 原电池原电池-构成构成原电池原电池条件是条件是原电池设计原电池设计的基本依据!的基本依据!请分别判断下列装置是否能构成原电池,并请分别判断下列装置是否能构成原电池,并说出理由。是原电池的指出正负
3、极。说出理由。是原电池的指出正负极。ZnZnZnCu【练习练习】AlMg稀硫酸稀硫酸实验探究实验探究请根据反应请根据反应:Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu设计一个原电池设计一个原电池。分析:分析:这时电子直接从这时电子直接从Zn原子传递给原子传递给Cu2 2+,使,使Cu2 2+在在Zn片上还原而析出金属片上还原而析出金属Cu,同时,同时Zn氧化为氧化为Zn2 2+,进入溶液。,进入溶液。这个反应同时有热量放出,这是这个反应同时有热量放出,这是化学能化学能转化为电能转化为电能的结果,但对外得不到电流。的结果,但对外得不到电流。实验设计一:实验设计一:CuSO4 溶液溶液结论结论 把氧化反应和
4、还原反应把氧化反应和还原反应分开在分开在不同的区域不同的区域进行,进行,再以适当的方式连接起来再以适当的方式连接起来构成构成闭合回路闭合回路,就可以获,就可以获得电流得电流CuSO4 溶液溶液电流表指针发生电流表指针发生偏转,但不稳定偏转,但不稳定实验设计二:实验设计二:两个电极上都有两个电极上都有红色物质生成红色物质生成CuSO4 溶液溶液如何才能得到如何才能得到持续稳定持续稳定的电流?的电流?分析:分析:由于锌片与硫酸铜溶液直由于锌片与硫酸铜溶液直接接触,铜在锌片表面析出,锌表接接触,铜在锌片表面析出,锌表面也构成了原电池,进一步加速铜面也构成了原电池,进一步加速铜在锌表面析出,致使向外输
5、出的电在锌表面析出,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,也就没覆盖后,不再构成原电池,也就没有电流产生。有电流产生。结论:结论:正正、负极置于同一电、负极置于同一电解质中,装置简单;但效率不解质中,装置简单;但效率不高,电流在短时间内衰减!高,电流在短时间内衰减!ZnSO4溶液溶液ZnCuCuSO4溶液溶液KClKClZnSO4溶液溶液ZnCuCuSO4溶液溶液请判断下列装置是否能构成原电池,并说出理由。请判断下列装置是否能构成原电池,并说出理由。【探讨与交流探讨与交流1 1】盐桥盐桥e e-ZnSO4溶液中:溶液中:Zn 2e
6、-=Zn 2+Cu2+2e -=CuCuSO4溶液中:溶液中:两式相加得两式相加得:Zn+Cu2+=Zn 2+Cu铜锌原电池铜锌原电池怎样能使其成为原电池?怎样能使其成为原电池?负极:负极:正极:正极:总式:总式:实验改进:设计三实验改进:设计三负极:负极:阳离子阳离子增加,增加,盐桥补盐桥补充阴离充阴离子子正极:正极:阳离子阳离子减少,减少,盐桥补盐桥补充阳离充阳离子子分析:分析:盐桥将两个半电盐桥将两个半电池完全隔开,使副反应池完全隔开,使副反应减至最低程度,获得单减至最低程度,获得单纯的电极反应,有利于纯的电极反应,有利于最大程度地将化学能转最大程度地将化学能转化为电能。化为电能。结论:
7、结论:盐桥的作用:盐桥的作用:(1 1)代替两溶液直接接触,又能使整个装置)代替两溶液直接接触,又能使整个装置构成闭合回路。构成闭合回路。(2 2)平衡电荷)平衡电荷,得到持续稳定的电流得到持续稳定的电流。KClKClZnSO4溶液溶液ZnCuCuSO4溶液溶液试分析盐桥的作用:试分析盐桥的作用:【探讨与交流探讨与交流2 2】盐桥盐桥e e-铜锌原电池铜锌原电池KClKClZnSO4溶液溶液ZnCuCuSO4溶液溶液盐桥盐桥e e-铜锌原电池铜锌原电池2、根据上述原理,为获得较长时间的稳定电流,如、根据上述原理,为获得较长时间的稳定电流,如何将何将“Zn-稀稀H2SO4-Cu”组成的原电池(如
8、左下图)组成的原电池(如左下图)进行简单改装?进行简单改装?课堂练习课堂练习A稀稀H2SO4锌片锌片 铜片铜片ZnSO4Zn CuH2SO4A能持续稳定产生电流的原电池能持续稳定产生电流的原电池实用性更强的原电池(第二代)实用性更强的原电池(第二代)特征:特征:将原电池反应中的氧化反应与还原反应将原电池反应中的氧化反应与还原反应分开分开在两个不同区域内在两个不同区域内进行,再用进行,再用盐桥盐桥连接起来连接起来构成闭合回路,从而获得了构成闭合回路,从而获得了持续稳定持续稳定的电流。的电流。2、依探究实验、依探究实验4的原理,按以下反应设计一个原电池装置,的原理,按以下反应设计一个原电池装置,画
9、出装置图。画出装置图。Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag课堂练习课堂练习AAgNO3银片银片 铜片铜片AgNO3Ag CuCu(NO3)2A能持续稳定产生电流的原电池能持续稳定产生电流的原电池总结总结:电解质溶液和电极材料的选择电解质溶液和电极材料的选择活泼性不同活泼性不同 的两种金属。的两种金属。如锌铜原电池,锌作负极,铜作正极如锌铜原电池,锌作负极,铜作正极金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池,锌作负极,石墨棒作正极如锌锰干电池,锌作负极,石墨棒作正极金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池,铅块作负极,如铅蓄电池,铅块作负极,PbO2作正极作正极惰性电极。惰性电极。如氢氧燃料电池中,两根电极均可用如氢氧燃料电池中,两根电极均可用Pt(2)电池的电极材料必须能导电)电池的电极材料必须能导电(1)电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行,则左右两个烧杯中的个半反应分别在两个烧杯中进行,则左右两个烧杯中的电解质溶液应电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。与电极材料具有相同的阳离子。
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