电化学基础电化学基础 第四章第四章有关电化学的知识是无机化学中很重要的知识，它既涉及到理论知识，又与元素化合物知识密切相关。燃料电池公共汽车化学能与其它形式的能量可以相互转换，而且严格遵守能量守恒定律。化学能和电能通过一定的装置也可以相互转换，从能量转换角度看，电化学反应过程(包括装置)可分两类：一是化学能转换为电能，二是电能转换为化学能。通过化学能和电能之间的相互转换，能够使我们对氧化还原反应的认识及化学反应中能量变化的认识更加深刻。第一节第一节原电池原电池第四章第四章新情境新情境 激趣入题激趣入题1新知识新知识导学探究导学探究2新思维新思维名师讲名师讲堂堂3新考题新考题随堂自随堂自测测4新提升新提升达标作达标作业业5新视点新视点专家博专家博客客6新情境新情境激趣入题激趣入题某化学兴趣小组为了体验水果电池电流的存在进行了下列实验。用橘子一个，铝片和锌片各一片，电灯泡一个，按图连接好。在实验前，先用砂纸擦去金属表面的氧化膜，实验时保持两金属插在橘子上不能直接接触。你知道在上述水果电池中，电流的强弱与两极的距离有什么关系吗？影响电流的因素还可能有哪些呢？电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机这一切都依赖于电池的应用。那么，电池是怎样把化学能转变为电能的呢？我们这节课先一起复习一下有关原电池的相关内容。新知识新知识导学探究导学探究新知导学1原电池原理(以锌铜原电池为例)原电池是利用_反应原理将_能转化为_能的装置。2电极名称及电极反应锌 片 ： _极 ， 电 极 反 应 式 为_(_反应)；铜 片 ： _极 ， 电 极 反 应 式 为_(_反应)；总化学方程式：_。氧化还原氧化还原 化学化学电电负负 氧化氧化 正正 还原还原 3原电池形成的条件(1)两个活泼性不同的电极；相对活泼的金属作_；较不活泼的金属或非金属作_。(2)_溶液。(3)形成_回路。(4)能自发地发生_反应。负极负极正极正极电解质电解质闭合闭合氧化还原氧化还原4原电池的设计(1)用_的物质作负极，向外电路提供电子；用_的物质作正极，从外电路得到电子。(2)将 两 极 浸 在 _中 ， 通 过_ _形成内电路。(3)放电时负极上的电子通过_流向正极，再通过溶液中离子移动形成的内电路构成闭合回路。还原性较强还原性较强氧化性较强氧化性较强电解质溶液电解质溶液阴、阳离子的定向移阴、阳离子的定向移动动导线导线自主探究1为什么实验室用锌与稀H2SO4反应制H2，在其他条件相同的条件下，用粗锌产生H2的速率会更快？提示：形成锌|稀H2SO4|杂质金属的原电池，所以反应速率会更快。2镁、铝和NaOH溶液组成原电池，作负极的应该是哪种金属？为什么？提示：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。哪个电极与电解质溶液更易反应而失电子，就是原电池的负极，不一定是较活泼的金属作负极，而要看是否发生氧化反应。镁、铝和NaOH溶液组成的原电池中，铝能与NaOH溶液反应，而镁尽管较为活泼但它不与NaOH溶液反应，所以铝为原电池的负极。3某中学兴趣小组为了体验水果电池电流的存在进行了下列装置的实验。用苹果一只，铝片和锌片各一片，电流计一只，按图连接好。在实验前，先用砂纸擦去表面的氧化膜，实验时保持两金属插在苹果上不能直接接触。你知道在上述水果电池中，电流的强弱与两极的距离有什么关系吗？影响电流的因素还可能有哪些呢？提示：距离越近，电流越大。另外，电流大小还与两金属片宽度以及两电极金属相对强弱等因素有关。4盐桥在原电池中有何作用？提示：(1)作用：使两个半电池中的溶液连成一个通路。(2)优点：使原电池中氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同区域之间实现了电子的定向移动，使原电池能持续、稳定地产生电流。5盐桥是装有饱和KCl琼脂溶胶的 U 形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动。试推断，盐桥中是通过什么微粒的定向移动使整个装置构成回路的？提示：是溶在琼脂溶胶中的电解质电离出的阴阳离子，在电场中做定向移动的结果，在此要特别注意的是盐桥中的电解质不会(或很少)进入相连的两池中。新思维新思维名师讲堂名师讲堂原电池的构造及工作原理 教材点拨(3)原电池中电荷的移动。在氧化还原反应的过程中，在外电路(电解质溶液以外)，电子由负极经导线(包括电流计和其他用电器)流向正极，使负极呈正电性趋势，正极呈负电性趋势。由电性作用原理可知，在内电路(电解质溶液中)，阳离子(带正电荷)向正极移动，阴离子(带负电荷)向负极移动。这样就形成了电荷连续定向移动，电性趋向平衡的闭合电路。若化学反应的过程中有电子转移，我们就可以把这个过程中的电子转移设计成定向移动，即形成电流。所以只有氧化还原反应中的能量变化才能被转化成电能；非氧化还原反应中的能量变化不能设计成电池的形式被人类利用，但可以以光能、热能等其他形式的能量被人类应用。2构成原电池的条件(1)有两种活动性不同的金属(或一种非金属导体)作电极。(2)电极材料均插入电解质溶液中。(3)两极相连形成闭合回路。(4)能自发地发生氧化还原反应。提示：原电池中，负极的金属性比正极的金属性强。形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。如图所示：3原电池的判定先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：一看电极两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)。二看溶液两极插入电解质溶液中。三看回路形成闭合回路或两极直接接触。四看本质有无自发的氧化还原反应发生。提示：多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。 典例透析【解析】原电池构成的三个条件是：活泼性不同的两个电极，A错误；电解质溶液，B错误；构成闭合回路，D错误；C满足这三个条件。【答案】C变式训练解析：构成原电池要有四个基本条件：A.电解质溶液；B.两个电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，两个电极直接或间接地连接在一起，并插入电解质溶液中；C.能自发地发生氧化还原反应；D.形成闭合电路。本题中不是电解质溶液；不具备活泼性不同的电极；中不能形成闭合电路。答案：原电池正负极的判断方法 教材点拨原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正极和负极的方法是：1由组成原电池两极的电极材料判断。一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。2.根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。3.根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。4.根据原电池两极发生的变化来判断，原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。5.依据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或者有气体放出的一极为正极。提示：根据电极材料的活泼性来判断正负极，要注意电解质溶液对原电池正负极的影响。例如，Mg、Al、NaOH溶液构成的原电池，Al为负极；Fe(或Al)、Cu、浓HNO3构成的原电池，Cu为负极。典例透析【解析】【答案】A【点评】(1)理解原电池的工作原理。(2)区别电子流动方向和电流方向。A电子从负极流出，较活泼金属锌做原电池的负极B盐桥为原电池的内电路，电流方向为负极正极，阴离子移动方向与电流方向相反，故向ZnSO4溶液中迁移C 锌为原电池负极。发生氧化反应D铜电极的电极反应为：Cu22e=Cu变式训练解析：判断原电池正负极，除考虑活泼性还要注意电解质溶液对正负极的影响。对于稀硫酸来说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来说，铝是比镁更活泼的金属，所以A池中镁是负极，B池中铝是负极，B对；A池中电极反应为Mg2e=Mg2，A对；B池中电子流向为AlMg，C项错。A池中正极2H2e=H2，随着反应进行，c(H)减小，pH增大，D对。答案：C原电池原理的应用 教材点拨1设计原电池(1)设计依据形成原电池的基本条件，即是设计原电池的基本依据。(2)设计思路根据氧化还原反应方程式写出电极反应式；确定两电极材料；确定电解质溶液；构成闭合回路。例如：以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2为依据，设计一个原电池。a将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极电极反应式。负极：Cu2e=Cu2正极：2Fe32e=2Fe2b确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料必须比发生氧化反应的电极材料活泼性差。本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。c确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作电解质溶液。d构成闭合回路。提示：设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸。如燃料电池，水中一般要加入KOH或H2SO4。2加快氧化还原反应速率(1)实验室制取氢气时用粗锌比用纯锌产生氢气的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌形成原电池，使产生氢气的速率加快。(2)在稀硫酸中加入少量硫酸铜溶液，锌与硫酸铜发生置换反应，在锌的表面生成的铜与锌构成原电池，产生氢气的速率加快。3比较金属的活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极反应现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab。4.用于金属的防护如要保护一个铁闸。可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。5寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源典例透析【解析】首先将已知的反应拆成两个半反应：Cu2e=Cu2，2Ag2e=2Ag，然后结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极材料为Cu，正极材料为Ag。原电池由两个半电池组成，铜和铜盐溶液组成铜半电池，银和银盐溶液组成银半电池，中间通过盐桥连接起来。【答案】(1)如下图(2)负极：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=2Ag【点评】先确定两极，分析原电池的电极反应，然后根据电极反应确定电解质溶液。3根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是()A2Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)BCo2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s)Cd2(aq)D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(aq)变式训练解析：由第一个装置图中正负极的标注可知，Cd失去电子作负极，则金属性CdCo；由第二个装置图正负极的标注可知，Co失去电子被氧化作负极，则金属性CoAg，综上分析可知三者金属性的强弱顺序为CdCoAg。根据活泼性强的金属能将活泼性弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律判断A项错误。答案：A新考题新考题随堂自测随堂自测1(2014银川高二检测)用锌片、铜片和硝酸银组成的原电池，正极上发生的电极反应是()A2H2e=H2BZn2e=Zn2C2H2OO24e=4OHDAge=Ag解析：锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，正极反应是Age=Ag。答案：D2有关原电池的下列说法中正确的是()A在外电路中电子由正极流向负极B在原电池中负极发生还原反应C阳离子向正极方向移动D原电池中正极一定是不活泼金属解析：在外电路中，电子从负极流向正极；原电池中负极发生氧化反应；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动；原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差，但不一定是不活泼金属，故选C。答案：C3(2014聊城高二检测)如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A外电路的电流方向为：X外电路YB若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeCX极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为XY解析：由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y外电路X，故A错；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为Fe，Y为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，C错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性XY。答案：D4依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计原电池如图所示，其中盐桥为琼脂饱和KNO3盐桥。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，写出两电极的电极反应式：银电极：_；X电极：_。(3)外电路中电子是从_电极流向_电极。(4)盐 桥 中 向 CuSO4溶 液 迁 移 的 离 子 是_(填序号)。5研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。总反应为：2LiH2O = 2LiOH H2。(1)该电池的负极是_，负极反应式是_。(2)正极现象是_。(3)放电时OH向_移动(填“正极”或“负极”)。解析：金属锂比钢板活泼，作原电池的负极，电极反应式为Lie=Li，LiOH溶液中的阳离子有Li和H，由于氧化性HLi，所以正极反应是：2H2e=H2，正极产生无色气体；在原电池的放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以OH向负极移动。答案：(1)锂Lie=Li(2)有无色气体产生(3)负极新提升新提升达标作业达标作业（点此链接）（点此链接）新视点新视点专家博客专家博客1下图所示装置能否实现化学能向电能的转化？上图所示装置也是一种铜锌原电池。锌片插入ZnSO4溶液中，铜片插入CuSO4溶液中，分别构成两个电极。锌片和铜片用导线连接构成外电路(电池的外部电路)；ZnSO4溶液和CuSO4溶液用盐桥连接，构成内电路(电池的内部电路)。当盐桥插入后，电流计的指针偏转，显示有电流产生，反应释放的能量转化为电能。在这种原电池中，两个电极反应是在彼此隔离的条件下进行的，锌与Cu2不直接发生反应，这样可以更彻底地将反应所释放的能量转化为电能。由铜锌原电池可知，原电池中的氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行。发生氧化反应的电极是负极，发生还原反应的电极是正极。在铜锌原电池的内电路，锌极发生氧化反应，锌极是负极；铜极发生还原反应，铜极是正极。对于电池来说，电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。在铜锌原电池的外电路，电子由锌极流向铜极，锌极是负极，铜极是正极。在原电池中，正极上得电子的数目和负极上失电子的数目相等。原电池的两个电极反应组成电池的总反应，这个总反应叫做电池反应。(1)盐桥将热的琼脂溶液(可以是KCl溶液或NH4NO3溶液)倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷 却 后 的 U型 管 浸 泡 在 KCl饱 和 溶 液 或NH4NO3饱和溶液中，即可得到盐桥。离子在盐桥中能够定向移动。通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。(2)原电池的表示式以上装置的铜锌原电池可以用下式表示：()Zn|ZnSO4|CuSO4|Cu()负极在左，正极在右；“|”表示电极材料与电解质溶液的界面；“”通常表示盐桥。必要时，还可加注电解质溶液的浓度等信息。Zn2在锌片表面的溶解和沉积过程同时进行2原电池的电流是怎样产生的我们以铜锌原电池为例来分析原电池的电流是怎样产生的。锌片上和ZnSO4溶液中都存在Zn2。在锌片和溶液的接触面上，水分子与金属表面的Zn2相互吸引，发生水合作用，使部分Zn2离开锌片进入溶液：ZnZn22e溶液中的Zn2也可以沉积到锌片的表面：Zn22eZn铜原子和锌原子失电子的能力不同，因此铜电极和锌电极的溶解沉积平衡状态不一样，两个电极材料与其溶液间的电势差不相等。由于锌原子比铜原子容易失电子，在锌电极的锌片表面上积累的电子比铜电极的铜片表面上积累的电子多，因此将两极接通后，电子由锌片流向铜片。电子的移动破坏了两极的溶解沉积平衡，锌极的平衡由于电子移走而向溶解方向移动，铜极的平衡由于电子移入而向沉积方向移动；结果使电子持续流动形成电流。