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第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
课时1 原电池的工作原理
壹
贰
原电池的工作原理
原电池原理的应用
知识导航
本节重点
本节难点
课堂导入
趣味电池
探究课堂
原电池的概念和构成条件
原电池的工作原理
(1)概念：将__________转化为_____的装置。
(2)形成条件
①能自发进行的__________反应；
②两个__________不同的能导电的电极；
③电解质溶液或熔融电解质；
④形成闭合回路。
化学能
电能
氧化还原
活泼性
（本质）
注意：原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的__________________。
(燃料电池的电极一般为惰性电极)
两电极直接接触(靠在一起)或间接接触(用导线相连)
氧化还原能力　
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【例】判断下列哪些是原电池(　　 )
A
B
C
D
E
F
G
H
ABE
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原电池工作原理
现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转 电极 Zn电极 Cu电极
电极名称 负极 正极
得失电子 失电子 得电子
电子流向 流出 流入
反应类型 氧化反应 还原反应
电极反应式 Zn－2e－==Zn2＋ Cu2＋＋2e－==Cu
总反应式 Zn＋Cu2＋==Zn2＋＋Cu (以锌铜原电池为例)
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原电池正、负极的判断方法
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如图所示装置就是一种原电池，俗称单液电池。该装置有何缺点 如何改进
提示:还原性物质Zn与氧化性物质Cu2+直接接触，化学能既转化为电能，又转化为热能，造成能量损耗，电流衰减快。可改为带盐桥的双液电池，如图。
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含盐桥原电池的特点
(1)特点
两个烧杯中的电解质溶液靠盐桥连接，一般电极材料与相应容器中电解质溶液的阳离子相同。
(2)盐桥的成分
装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
(3)盐桥的作用
①连接内电路，构成闭合回路。
②避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减
③平衡电荷，使原电池不断产生电流。
(4)优点
含盐桥的原电池与不含盐桥的原电池相比，效率高且电流平稳，放电时间长。
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原电池的工作原理示意图
原电池中离子的移动
(1)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
(2)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。
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电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写方法
①定电极，标得失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。
②看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据得失电子守恒、电荷守恒和质量守恒等加以配平。
③两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。
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(2)已知总反应式，书写电极反应式的方法
①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化，找出氧化剂及还原剂，氧化剂发生的反应为正极反应；还原剂发生的反应为负极反应。
②若有一电极反应式较难书写，可先写较易写出的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。
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(3)注意：
①负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。
②忽视电极材料与电解质溶液的反应关系，容易误写电极反应式，如Al负极，在酸性溶液中生成Al3＋，在碱性溶液中生成[Al(OH)4]-。
③电子从负极经外电路流向正极，但电子不通过电解液，是通过阴阳离子移动形成闭合回路。
④用总电池反应式减去一极的电极反应式时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。
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原电池电极反应式的书写
写出下列原电池装置的电极反应和总的离子反应方程式：
(1)Mg(A)－Al(B)－盐酸(C)
负极：__________________________；
正极：__________________________；
总反应：__________________________。
(2)Mg(A)－Al(B)－NaOH溶液(C)
负极：_____________________________________________；
正极：_____________________________________________；
总反应：___________________________________________。
Mg－2e－==Mg2＋
2H＋＋2e－==H2↑
Mg＋2H＋==Mg2＋＋H2↑
2Al－6e－＋8OH－==2[Al(OH)4]－
6H2O＋6e－==3H2↑＋6OH－
2Al＋2OH－＋6H2O == 2[Al(OH)4]－＋3H2↑
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(3)某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。
①若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，写出电极名称及对应的电极反应式：
Al片(负极)_________________________，
Cu片(正极) _________________________。
②若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液，写出电极名称及对应的电极反应式：
Al片(正极) __________________________________________________，
Cu片(负极) _________________________。
2Al－6e－ == 2Al3＋
6H＋＋6e－ == 3H2↑
2NO3－＋2e－＋4H＋ == 2NO2↑＋2H2O
Cu－2e－ == Cu2＋
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(4)控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池，请回答下列问题：
①反应开始时，乙中石墨电极上发生_______(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_________________。甲中石墨电极上发生_______ (填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为____________________________。
②电流表读数为0时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作_______ (填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为__________________________________________。
氧化
2I－－2e－ == I2
还原
2Fe3＋＋2e－ == 2Fe2＋
正
I2＋2e－ == 2I－
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原电池原理的应用
原电池原理的应用
1.比较金属活动性强弱
方法是:将金属a和b用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a溶解,b上有气泡产生。据此推断a是负极,b是正极,金属活动性a>b。
该法中,电解质溶液通常用稀硫酸或稀盐酸,不能使用浓硝酸或NaOH溶液等试剂,否则可能得出相反的结论。
2.增大化学反应速率
实验室利用锌与稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。
原理是:锌与置换出的铜及稀硫酸组成原电池,使产生氢气的速率增大。
3.用于金属的防护(将在第三节中学到)
使被保护的金属作为原电池的正极而得到保护。例如，要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌块作为原电池的负极，铁闸作为正极。
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4.设计原电池
例如,以2FeCl3+Fe══3FeCl2为依据,设计一个原电池。
(1)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的电极反应式。负极:Fe-2e-══Fe2+,正极:2Fe3++2e-══2Fe2+。
(2)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;若发生氧化反应的物质为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作负极。
发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼,也可选用石墨棒。
本例中可用铁棒作负极,用石墨棒作正极。
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(3)确定电解质溶液。
电解质是使负极放电的物质,因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。本例中应选择FeCl3溶液作电解质溶液。
如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液一般选择含有与电极材料相同的阳离子的盐溶液。本例中与铁电极组成半电池的电解质溶液可选择FeCl2溶液,与石墨棒组成半电池的电解质溶液应选择FeCl3溶液。
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(4)构成闭合回路:将电极用导线连接,并插入电解质溶液中,使之构成闭合回路。如下图。
设计原电池时,若氧化还原反应方程式中无明确的电解质溶液,可用水作电解质。为了增强水的导电性,通常加入强碱或强酸。如燃料电池,水中一般要加入KOH或H2SO4。
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画原电池装置图时的常见失分点
(1)不注明电极材料名称或元素符号。
(2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。
(3)误把盐桥画成导线。
(4)不能连成闭合回路。
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【例】在Cu-Zn原电池中，200 mLH2SO4 溶液的浓度为0.125 mol/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）
0.2
解得：
y ＝0.015 (mol)
x ＝0.015 (mol)
＝
＝3.75× 10﹣ 4(mol/L )
∴pH ＝-lg3.75 ×10－4
＝4 -lg3.75
答：……
－0.015
根据电极反应：
正极：
负极：
Zn－2e- == Zn2+
2H++2e- == H2↑
得：
2 2 22.4
x y 0.168
解：
0.2×0.125×2
c(H+)余
∴
2H+ —— 2e——H2↑
大
0.015
课堂小结
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【例】在如图所示的水果电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是(　　)
A．锌　　　　　　　　 B．石墨
C．银 D．铜
A
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【例】下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是
B
A.均发生了化学能转化为电能的过程
B.Zn和Cu既是电极材料又是反应物
C.工作过程中，电子均由Zn电极经导线流向Cu电极
D.相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高
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【例】锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)
A．Zn作为原电池的负极发生还原反应
B．电子从锌片经电解质溶液流向铜片
C．电池工作一段时间后，乙池的溶液质量增大
D．电池工作一段时间后，甲池的c(Zn2＋)增大
C
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【例】控制合适的条件,将反应2Fe3++2I- 2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)。
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.灵敏电流计读数为零时,反应达到化学
平衡状态
D.灵敏电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2
固体,乙中石墨电极为负极
D
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【例】下列说法正确的是(　　)
A．锌铜原电池中电子由锌电极经过电解质溶液流向铜电极
B．将Mg和Al用导线连接放入NaOH溶液，Al不断溶解，说明活泼性MgC．足量的Zn与稀H2SO4反应时，滴入CuSO4溶液可以加快反应速率，因为c(SO42－)增大
D．利用如图装置，可以比较Zn与Cu的金属性强弱
D
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【例】原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法错误的是(　　)
A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－==Cu2＋
B．由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，负极反应式为Al－3e－ == Al3＋
C．由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al＋4OH－－3e－ == [Al(OH)4]-
D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－ == Cu2＋
A
THANKS

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