化學(xué)4原電池一、的工作原理

1、第四章 第一節(jié)原電池一、原電池的工作原理1、什么是原電池？2、構(gòu)成原電池的條件是什么？活潑性不同的材料 作電極有合適的電解質(zhì)溶液有自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。 把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置就叫原電池。正極電流流出、電子流入的一極,負(fù)極電流流入、電子流出的一極，還原反應(yīng)氧化反應(yīng)陽(yáng)離子向正極作定向運(yùn)動(dòng)。陰離子向負(fù)極作定向運(yùn)動(dòng)。3、電極分析較活潑金屬較不活潑金屬構(gòu)成閉合回路1、以下裝置是不是原電池？稀H2SO4AZn C CuSO4溶液 AC2H5OHCu ZnA稀H2SO4稀H2SO4Zn Cu稀H2SO4Zn C A Zn Zn 小試牛刀 電極相同無(wú)電解質(zhì)溶液無(wú)閉合回路四看“看電極、看溶液、看回路、看本

2、質(zhì)”。電極電極材料電極反應(yīng)反應(yīng)類(lèi)型電子流動(dòng)方向電流方向負(fù)極正極鋅片銅片Zn 2e =Zn2+2H+ +2e =H2氧化還原從負(fù)極到正極從正極到負(fù)極4、溶液導(dǎo)電的原理和金屬導(dǎo)電有何不同？ 電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，而在電池內(nèi)部是電解質(zhì)溶液中的陰離子流向負(fù)極，陽(yáng)離子流向正極。原電池的本質(zhì)是發(fā)生氧化還原反應(yīng)。【問(wèn)題】鋅與硫酸銅溶液是可以自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，將Zn片直接插入到CuSO4溶液中，能不能獲得電流？原因是什么？ 【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】 請(qǐng)你把鋅與硫酸銅反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)。寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式和電極反應(yīng)式?！緦?shí)驗(yàn)】將鋅片和銅片分別通過(guò)導(dǎo)線與電流計(jì)連接,并使鋅片和銅片分開(kāi),再同時(shí)浸入盛有CuSO4溶液的

3、燒杯中。現(xiàn)象電流計(jì)指針發(fā)生偏移,并指示電子是由鋅片流向銅片,在銅片表面有紅色的銅析出。結(jié)論：1:發(fā)生了原電池反應(yīng),可以肯定裝置構(gòu)成了原電池，且其中鋅為原電池的負(fù)極,銅為正極。2：隨著上述實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延續(xù),電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的角度較快減小,最終又沒(méi)電流通過(guò)，同時(shí)鋅片表面逐漸被銅全部覆蓋?！痉治觥坑捎阡\片與CuSO4溶液直接接觸,在反應(yīng)一段時(shí)間后,難以避免溶液中有Cu2+在鋅片表面被直接還原,一旦有少量銅在鋅片表面析出,即在負(fù)極(鋅)表面也構(gòu)成了原電池,進(jìn)一步加速銅在負(fù)極表面析出,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,反應(yīng)終止了,也就無(wú)電流再產(chǎn)生。解決問(wèn)題方向：讓鋅片不與硫酸銅溶液直接接

4、觸。 【問(wèn)題】能否將鋅片與銅片分裝開(kāi)來(lái)，成為如圖裝置？不能，因?yàn)檫@樣沒(méi)有構(gòu)成閉合回路。假設(shè)這樣的裝置能進(jìn)行，反應(yīng)開(kāi)始瞬間在Zn一邊會(huì)有Zn2+進(jìn)入溶液，導(dǎo)致正負(fù)電荷總和不為0，Cu一邊有Cu2+獲得電子析出，導(dǎo)致正負(fù)電荷總和不為0。不存在“陰陽(yáng)離子的定向移動(dòng)”。 思考與交流： 作為原電池其功能就是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，上述實(shí)驗(yàn)中負(fù)極的變化趨勢(shì)必然影響原電池的供電效率。能否設(shè)法阻止溶液中Cu2在負(fù)極表面還原？【實(shí)驗(yàn)4-1】裝置如下圖所示，用一個(gè)充滿電解質(zhì)溶液的鹽橋，將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液連接起來(lái)，然后將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，并在中間串聯(lián)一個(gè)電流計(jì)，觀察有什么現(xiàn)象發(fā)生。

5、取出鹽橋又有什么現(xiàn)象發(fā)生？鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液，瓊膠的作用是防止管中溶液流出。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：左邊燒杯中鋅片質(zhì)量減少，右邊燒杯中銅片上有紅色金屬析出，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)且比較穩(wěn)定。取出鹽橋，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，銅片上也不再有紅色金屬繼續(xù)析出。二、鹽橋式原電池效率高,電流穩(wěn)定。原電池由兩個(gè)半電池組成，每個(gè)半電池亦稱電極。鹽橋：在U型管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊膠作成的凍膠。鹽橋的作用是中和溶液中過(guò)剩的電荷，溝通電路，使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,保證了Zn的氧化和Cu2的還原繼續(xù)進(jìn)行。電子從鋅片經(jīng)外電路流

6、向銅片，銅離子在銅片表面獲得電子而析出（構(gòu)成外電路），同時(shí)Zn2+進(jìn)入左邊燒杯的溶液，促使鹽橋中的Cl-也進(jìn)入，使ZnSO4溶液保持電中性，另一燒杯中，因Cu析出，促使鹽橋中的K+進(jìn)入CuSO4溶液，也保持電中性，氧化還原反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，從而使原電池反應(yīng)穩(wěn)定地產(chǎn)生電流。其中ZnZnSO4溶液構(gòu)成半個(gè)電池，CuCuSO4溶液構(gòu)成半電池，中間通過(guò)鹽橋連接。工作原理電極反應(yīng)式鋅片 負(fù)極 Zn2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：ZnZnSO4鹽橋CuSO4Cu構(gòu)成了原電池?？梢员硎緸椋篫n|ZnsO4|CuSO4|Cu(+) 負(fù)極在左，正極在右；“|”表示電極材料與電解質(zhì)溶液的界面；“|”通常表示

7、鹽橋。所構(gòu)成的原電池電流比較穩(wěn)定。取出鹽橋之后，原電池反應(yīng)停止。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：左邊燒杯中鋅片質(zhì)量減少，右邊燒杯中銅片上有紅色金屬析出，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)且比較穩(wěn)定。取出鹽橋，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，銅片上也不再有紅色金屬繼續(xù)析出。銅片 正極 Cu2+2e-=Cu（還原反應(yīng)）總式：Zn+Cu2+= Cu+Zn2+此原電池的優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。此原電池的缺點(diǎn)：效率不高，電流在較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減。討論：改進(jìn)后的裝置為什么能夠產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流？鹽橋在此的作用是什么？參考教材72頁(yè)第3段。ACuSO4Cu Zn1.電極負(fù)極：電子流出的一極。一、對(duì)鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究正極：電子流入的一極。2

8、. 電子流向電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極。電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極。3. 電流方向4. 陰陽(yáng)離子移動(dòng)方向鹽橋中陰離子(Cl)向負(fù)極移；陽(yáng)離子(K+)向正極移。5.電極反應(yīng)式正極： Cu2 2e Cu （還原反應(yīng)）負(fù)極： Zn2e Zn2 （氧化反應(yīng)）6.總反應(yīng)式Zn Cu2 Zn2 Cu能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流鹽橋的作用：溝通兩個(gè)半電池，使溶液保持電中性，使反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行。小結(jié)課外作業(yè)：課本P73 15、（5雙選）例1. (2008廣東高考)用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂KNO3的U形管)構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是（ ）在外電路中，電流由

9、銅電極流向銀電極正極反應(yīng)為：AgeAg實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取出鹽橋，原電池仍斷續(xù)工作將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A BC D課堂例題：C例2.(2010廣東高考)銅鋅原電池（如圖9）工作時(shí)，下列敘述正確的是 （ ）A . 正極反應(yīng)為：Zn2e Zn2+ B. 電池總反應(yīng)為：Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu C. 在外電路中，電子從負(fù)極流向正極 D. 鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液 課堂例題：BC例3.(2007海南)依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag+(aq)+ Cu(s) =Cu2+(aq)+ 2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：電極X的材料是 ；電解質(zhì)溶液Y是

10、 ；銀電極為電池的 極，發(fā)生的電極反應(yīng)為 ；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為 ；外電路中的電子是從 電極流向 電極。Cu AgNO3 正2Ag+ +2e2Ag Cu2eCu2+ CuAg課堂例題：二、原電池的設(shè)計(jì) 1.要有活潑性不同的兩個(gè)電極2.兩個(gè)半反應(yīng)在不同的區(qū)域進(jìn)行3.用導(dǎo)線和鹽橋分別將兩個(gè)半電池連接在一起 例1.按以下反應(yīng)：Cu2AgCu22Ag設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流的原電池裝置，畫(huà)出裝置圖。注明原電池的正極、負(fù)極和外電路中電子的流向。寫(xiě)出兩個(gè)電極上的電極反應(yīng)。 首先將反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)：Cu2eCu2，2Ag2e2Ag，然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)分析可知，該電池的負(fù)極材料為Cu，正極

11、材料為Ag。原電池由兩個(gè)半電池組成，銅和銅鹽溶液組成銅半電池，銀和銀鹽溶液組成銀半電池，中間通過(guò)鹽橋連接起來(lái)。 例1.按以下反應(yīng)：Cu2AgCu22Ag設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流的原電池裝置，畫(huà)出裝置圖。注明原電池的正極、負(fù)極和外電路中電子的流向。寫(xiě)出兩個(gè)電極上的電極反應(yīng)。負(fù)極：Cu2eCu2正極：2Ag2e2AgCu:負(fù)極二、原電池的設(shè)計(jì) 還原劑在負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；氧化劑在正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。選擇電解質(zhì)溶液選擇電極材料設(shè)計(jì)原電池的基本思路：根據(jù)電池反應(yīng)式確定正、負(fù)極反應(yīng)式。 如果還原劑為金屬單質(zhì)，用該金屬作負(fù)極；如果還原劑為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用Pt、石墨等作負(fù)極。正極材料一般不如負(fù)極材料活潑。 一般選反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可。如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行（中間連接鹽橋），則增選含有負(fù)極金屬離子的鹽溶液。二、原電池的設(shè)計(jì) 選擇電解質(zhì)溶液選擇電極材料設(shè)計(jì)原電池的基本思路：根據(jù)電池反應(yīng)式確定正、負(fù)極反應(yīng)式。構(gòu)成閉合回路將電極用導(dǎo)線連接，電解質(zhì)溶液可用鹽橋連接。畫(huà)出原電池裝置示意圖。A稀H2SO4鋅片 銅片練習(xí)1、根據(jù)上述原理，為獲得較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定電流