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选修(四)化学反应原理第四章电化学基础电化学:研究化学能与电能之间相互转换的装置、过程和效率的科学。2.借助电流而发生反应及装置(如:电解池)1.产生电流的化学反应及装置(如:原电池等)分类:(按电化学反应过程及装置分)第1节:原电池一、知识回顾化学能转变为电能的装置1、原电池定义:2、原电池的组成:“两极一液一线”①有两种活泼性不同的金属(或一种是非金属单质或金属氧化物)作电极。②电极材料均插入电解质溶液中。③两极相连形成闭合电路。(1)内部条件:能自发进行氧化还原反应;(2)外部条件:构成原电池的条件:讨论1:以下哪些装置可以形成原电池?CuSO4溶液ZnCuA稀硫酸FeFeBNaOH溶液MgAlE稀硫酸稀硫酸ZnCuF纯酒精FeCGKOH溶液DH2O2PtPtNaCl溶液FeCC3、原电池的工作原理:电极电极材料电极反应反应类型总反应锌片Zn-2e-=Zn2+氧化反应铜片2H++2e-=H2↑还原反应电子由锌片经外电路流向铜片负极正极Zn+2H+=Zn2++H2↑(负极正极)电子流向:①负极上还原性较强的物质失去电子发生氧化反应,②电子从负极经外电路流向正极,③正极上氧化性较强的物质得到电子发生还原反应。CuZn---Zn2+H+H+SO42-Ae-原电池的工作原理示意图:4、电极反应式的书写方法(2)复杂反应式的书写(1)一般电极反应式的书写5、原电池正负极判断1.由组成原电池的电极材料判断一般:负极-的金属正极-的金属或导体,以及某些金属氧化物可以理解成:与电解质溶液反应练习:Mg-Al-H2SO4中是正极,是负极Mg-Al-NaOH中是正极是负极MgAlAlMg活泼性较强活泼性较弱非金属负极1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子(电流)流动的方向判断电子--由流出,流入;电流--由流出,流入。负极正极正极负极1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子(电流)流动的方向判断3.根据电极反应类型判断负极--电子,发生反应正极--电子,发生反应失得氧化还原1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子(电流)流动的方向判断3.根据电极反应类型判断4.根据电解质溶液离子移动的方向判断阴离子-向极移动(负极带正电荷)阳离子-向极移动(正极带负电荷)负正1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子(电流)流动的方向判断3.根据电极反应类型判断4.根据电解质溶液离子移动的方向判断5.根据电极现象来判断负极--;正极--;牺牲、溶解增重、气泡1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子(电流)流动的方向判断3.根据电极反应类型判断4.根据电解质溶液离子移动的方向判断5.根据电极现象来判断6.燃料电池中燃料在反应氧化剂在反应负极正极1、理论上应看到只在铜片上有大量气泡,而实际上锌片上也有大量气泡产生,这是什么原因导致的呢?2、实验发现该装置不能提供持续稳定的电流,为什么?3、如何设计实验来避免和克服1和2中的问题呢?【交流·研讨】如何改进原电池装置?盐桥的作用:(1)形成闭合回路;(2)平衡电荷。CuSO4CuZnAZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu?A改进盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻,胶冻的作用是防止管中溶液流出。【观察与思考】改进后的原电池装置有哪些优点?2、提高了能量转化率(化学能→电能);3、能够防止装置中化学能的自动释放(自放电);1、能够产生持续稳定的电流;【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。基于盐桥的作用,可以对上述原电池装置加以改进设计成化学电源。把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行,再以适当方式连接,可以获得电流。注:①在这类电池中,用还原性较强的物质作为负极,负极向外电路提供电子;用氧化性较强的物质作为正极,正极从外电路得到电子。②在原电池的内部,两极浸在电解质溶液中,并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。③用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起二、由两个半电池组成原电池的工作原理【练习】根据反应:Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu设计一个原电池装置,标出电极材料和电解质溶液,写出电极反应方程式.CuSO4溶液ZnSO4ZnCuCuSO4A负极:Zn-2e-=Zn2+正极:Cu2++2e-=Cu设计盐桥原电池的思路:Zn+2Ag+=Zn2++2Ag1、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。2、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液;3、外电路用导线连通,可以接用电器;4、内电路是将电极浸入电解质溶液中,并通过盐桥沟通内电路。1.利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2,设计出两种原电池,画出原电池的示意图,并写出电极反应方程式。(+)(-)GZnPtFeCl3溶液负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)正极(Pt或C):2Fe3++2e-=2Fe2+(还原反应)(+)(-)ZnCl2溶液FeCl3溶液盐桥GZnC负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)正极(Pt或C):2Fe3++2e-=2Fe2+(还原反应)【巩固练习】2.依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题:(1)电极X的材料是,电解质溶液Y是;(2)银电极为电池的极,发生的电极反应为;X电极上发生的电极反为;(3)外电路中的电子是从电极流向电极。CU铜银正AgNO3溶液2Ag+2e=2Ag+-Cu-2e=Cu-2+3.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()①在外电路中,电流由铜电极流向银电极;②正极反应为:Ag++e-=Ag;③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作;④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同。A①②B.②③C.②④D.③④C1.利用原电池原理设计新型化学电池;2.改变化学反应速率,如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气;3.进行金属活动性强弱比较;4.电化学保护法,即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。三、原电池原理的主要应用:5.解释某些化学现象。1、比较金属活动性强弱。例1:下列叙述中,可以说明金属甲比乙活泼性强的是()C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极;A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中,乙溶解,甲上有H2气放出B.在氧化–还原反应中,甲比乙失去的电子多;D.同价态的阳离子,甲比乙的氧化性强;C当两种金属构成原电池时,总是活泼的金属作负极而被腐蚀,所以先被腐蚀的金属活泼性较强。例2:把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中,用导线两两相连组成原电池。若:a、b相连时,a为负极;c、d相连时,电流由d到c;a、c相连时,c极产生大量气泡,b、d相连时,溶液中的阳离子向b极移动。则四种金属的活泼性顺序为:。a>c>d>ba>bc>da>cd>b2、比较反应速率例3:下列制氢气的反应速率最快的是()粗锌和1mol/L盐酸;B.A.纯锌和1mol/L硫酸;纯锌和18mol/L硫酸;C.粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。D.D当形成原电池之后,反应速率加快,如实验室制H2时,纯Zn反应不如粗Zn跟酸作用的速率快。3、比较金属腐蚀的快慢在某些特殊的场所,金属的电化腐蚀是不可避免的,如轮船在海中航行时,为了保护轮船不被腐蚀,可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如Zn。这样构成的原电池Zn为负极而Fe为正极,从而防止铁的腐蚀。例4:下列装置中四块相同的Zn片,放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3)4、判断溶液pH值变化在Cu-Zn原电池中,200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后,从装置中共收集到0.168L升气体,则流过导线的电子为mol,溶液的pH值变_________?(溶液体积变化忽略不计)例5:0.2解得:y=0.015(mol)x=0.015(mol)==3.75×10﹣4(mol/L)∴pH=-lg(3.75×10-4)=4-lg3.75答:……-0.0150.2×0.125×2c(H+)余∴根据电极反应:正极:负极:Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑得:2222.4xy0.168解:2H+——2e-——H2↑大0.0155、原电池原理的综合应用例6:市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝,启用时,打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后,会发现有大量铁锈存在。1)“热敷袋”是利用放出热量。2)炭粉的主要作用是。3)加入氯化钠的主要作用是。4)木屑的作用是。铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池,加速铁屑的氧化氯化钠溶于水,形成电解质溶液使用“热敷袋”时受热均匀例7:根据反应5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O设计一个原电池,并写出电极反应式。(H+)MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2OPt或石墨Pt或石墨负极:正极:5Fe2+–5e-=5Fe3+6、利用原电池原理设计新型化学电池
本文标题:选修四4.1--原电池
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