电化学基础-PPT课件

Cu
√E
F
M
N
CCuu2SS OO 44
酒精
N a C l溶 液
H 2SO 4 H 2SO 4
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
例2. 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用 导线连接的锌片和铜片，下列叙述正
确的是( D )
(A)正极附近的SO42 －离子浓度逐渐增大 (B)电子通过导线由铜片流向锌片
知识结构
电化学基础
氧化还 原反应
§1原电池
化学能转化 §3电解池
为电能，自
§2化学电源
发进行
电能转化为
化学能，外
§4金属的电化学腐蚀与防护 界能量推动
一、原电池原理
把化学能转变为电能的装置叫 原电池
要解决的问题： 1. 什么是原电池？ 2. 原电池的工作原理？ （电子的流向、电流的流向、离子的流向、形 成条件、电极的判断、电极反应的写法）
(1) 热敷袋使用时，为什么会放出热量？ 利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。
(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作 用？碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起
构成原电池，加速铁屑的氧化。 氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。
(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。
负极：2Fe - 4e- = 2Fe2+ 正极：O2+2H2O + 4e- = 4OH总反应：4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH)3
反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反 应方程式为
3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑
2.熔融盐燃料电池具有高的发电效率， 因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的 熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气， 空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制 得在650℃下工作的燃料电池，完成有关 的电池反应式：
(C)正极有O2逸出 (D)铜片上有H2逸出
强调：原电池的工作原理：
失e，沿导线传递，有电流产生
外电路
氧化反应 Zn-2e=Zn2+
负极 铜锌原电池 正极
阳离子 电解质 溶液
阴离子 盐桥 阳离子
还原反应
2H++2e- =H2↑ 内电路
电 负极：Zn-2e- =Zn2+ （氧化反应）
极 反 应
正极：2H++2e- =H2↑ （还原反应）
CH4 + 10 OH- － 8e- = CO32- + 7 H2O ③正极上是O2获得电子，电极反应式为：
O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH④电池放电后，溶液pH升高
A.①②③
B.①③④
C.①②④
D. ①②③④
5.“嫦娥一号”的成功发射，标志着我国航天
技术已达到了一个新的领域。在航天技术上使 用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的 优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们 放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸 式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为 2H2-4e-=4H+ ， 则 其 正 极 反 应 式 为 _O_2_+_4_e__-+__4_H_+_=__2H2O _。碱式电池的电解质是 碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负 极反应可表示为__2_H_2-4e-+4OH-=_4_H_2_O____。
？思考
1、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫
化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理 方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器 中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间 后，黑色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应
为 Al -3e- = Al3＋ ； 正极发生的反应为 Ag2S+2e- = 2Ag；+S2-
导线的作用是传递电子， 沟通外电路。而盐桥的作用
（2）平衡电荷。
则是沟通内电路。
(3)双液原电池的 优点：
能产生持续、稳 定的电流。
例4. 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A 示。
盐桥电流计
请回答下列问题： (1)电极X的材料是_铜__(_或__C_u_；)
5.定向移动方向：电子、离子
“负极给出电子，并流向正极”
必发生 失电子
的 氧化反应 原电池
必发生 得电子
的 还原反应
例1. 下列哪几个装置能形成原电池？
Zn
Cu
Fe
Cu
Zn Zn
Fe
Cu
√A
√B
C
√D
H 2S O 4
H 2S O 4
H 2S O 4
N a C l溶 液
Zn
Cu
Zn
Cu
Fe
Cu
Zn
稀Na硫O酸H溶溶液液
强调：电极的判断及电极反应式的书写
方法一：根据电极材料的性质确定。 1.对于金属—金属电极， 活泼金属是负极，不活泼金属是正极； 2.对于金属—非金属电极， 金属是负极，非金属是正极，如干电池等； 3.对于金属—化合物电极， 金属是负极，化合物是正极。 方法二：根据电极反应的本身确定。 失电子的反应→氧化反应→负极； 得电子的反应→还原反应→正极。
_正__(A__g_)__电极。
强调：原电池的设计
利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设 计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐 桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。
G (-)
(+)
Zn
Pt
G
(-)
盐桥
(+)
Zn
C
FeCl3 溶液
ZnCl2溶液
FeCl3溶液
负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）
负极反应式：2CO+2CO32- = 4CO2+4e正极反应式： 2CO2+O2+4e- = 2CO32总电池反应： 2CO+O2 = 2CO2
3. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池， 它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍 电池的总反应式是：
1/2H2+NiO(OH)
Ni(OH)2
据此反应判断，下列叙述中正确的是（CD）
6. 银锌电池（电解质为KOH）
负极：Zn + 2OH- －2e- = Zn(OH)2 正极：Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH总反应：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag
7. 海水电池（电解质溶液为海水）
负极：4Al - 12e- = 4Al3+， 正极：3O2+ 6H2O + 12e- = 12OH总反应：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3
原电池及其工作原理： 1.定义： 化学能转化为电能的装置为原电池。
从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均 可设计成原电池；
２.电极名称：
相对活泼的电极为负极
原电池
相对不活泼的电极为正极
3.电极反应：
原电池 负极：失电子的氧化反应 正极：得电子的还原反应
4. 原电池的形成条件
（1）能自发地发生的氧化还原反应：
６. 双液原电池的工作原理（有关概念）
（１）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
（２）盐桥的作用是什么？
可提供定向移动的阴阳离子，
使由它连接的两溶液保持电
中性，盐桥保障了电子通过
外电路从锌到铜的不断转移，
使锌的溶解和铜的析出过程
得以继续进行。
盐桥的作用： （1）形成闭合回路。
Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O
2. 铅蓄电池 放电
负极： Pb + SO42- -2e - = PbSO4 正极：
PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e - = PbSO4 + 2H2O 总反应式为：
Pb + PbO2 + 2H2SO4 =2PbSO4 + 2H2O
3. 氢氧燃料电池 酸性
负极： 2H2 － 4e- = 4H+
正极： O2 +4e- + 4H＋ = 2H2O
总反应式：2H2 +O2 = 2H2O
HH22OO
H2
O2
H2SO4
4. 甲烷燃料电池（电解质为KOH）
负极：CH4 + 10OH- - 8e- = CO32- + 7H2O 正极：2O2 + 4H2O +8e- = 8OH总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O
二、化学电源
1. 碱性锌锰电池 负极：Zn+2OH--2e- = Zn(OH)2 正极：2MnO２+2H２O+2e-=2MnO(OH)+2OH总反应： Zn + 2MnO２ +2H２O= Zn(OH)2+ 2MnO(OH)
干电池（NH4Cl糊状物为电解质） 负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+， 正极（石墨）: 2NH4++2MnO2 + 2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O 总反应：
①电极和电解质溶液 ②两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）
（2）电解质溶液：
参与电极反应或构成内电路
（3）两导体作电极：
①活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导 体石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。
②两不活泼的导体－石墨或Pt等。（燃料电池电极）
(4)形成闭合回路。 （两电极用导线连接，或接触。）
正极：2Fe3+ +2e -→2Fe2+
FeCl3溶液
（稀硫酸）负极:Mg -2e-→Mg2+
正极：2H++2e-→H2↑
＋
Mg
（2NAalO+2HO溶H液-+）2H2O=2AlO2-+3H2↑
A－
Al
负极：2Al+8OH- -6e- →2AlO2-+4H2O
正极：6H2O+6e- →3H2↑+6渐变小
例3.市场上出售的“热敷袋”，其主要成分是： 铁屑、炭粉、木屑与少量NaCl、水等。它在使 用之前，需要塑料袋与空气隔绝。使用时开启 塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量放出。 当使用完后还会发现有铁锈生成。
(1) 热敷袋使用时，为什么会放出热量？
(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什 么作用？ (3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。
X
Ag
电(2)解银质电溶极液为Y电是池_A的_g___N__O__正__3_溶____液___极；，CuSO4溶液
Y
发生的电极反应为_A_g__＋_＋__e_－__=__A_g____
X电极上发生的电极反应为
__C__u__-_2__e_－__=___C_u__2_＋_________；
(3)外电路中的电子是从_负__(_C__u_)电极流向
正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）
请将氧化还原反应 Cu+2Ag+ = Cu2++2Ag
设计成一个
能产生持续、稳定电流的原电池装置
Ag
Cu
AgNO3
CuSO4
强调：电极的判断及电极反应式的－ 书写A ＋
例5、判断右边原电池的
Cu
C
正、负极，并写出电极反应式。
负极：Cu -2e－ →Cu 2+
当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的 物质的量为 0.5mol
补：2. 铅蓄电池 阳极：
充电
PbSO4 + 2H2O - 2e - = PbO2 + 4H+ + SO42阴极：
PbSO4 + 2e - = Pb + SO42总反应
2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4
思考：甲醇燃料电池 （电解质为KOH）
5. 锂电池（非水有机溶剂电解液）
负极：2Li - 2e- = 2Li+， 正极：I2 + 2e- = 2I-， 总反应：2Li + I2 = 2LiI
跟其它金属作负极相比，使用寿命延长， 高能、质轻、电压高、工作效率高、储存 寿命长。为什么？ 与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂 提供电子数最多。
总反应： Zn+2H+=Zn2++H2↑
(离子方程式）
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ （化学方程式）
练习：
1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与
锌组成原电池时，锌为负极，此金属是(B )
A.Mg
B.Fe
C.Al
D.Cu
2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质
溶液的 pH( C )
A.不变
3. 氢氧燃料电池
A
2e-
2e-
H2O
氢气
- H2 H+
O2 OH
电解液 H2O
负极
正极
氧气
3. 氢氧燃料电池 碱性燃料电池
负极： 2H2 + 4OH- — 4e- = 4H2O 正极： O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
总反应式：2H2 + O2 =2H2O
HH2O2O
H2
O2
KOH
练习：
宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应 为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应 保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的
是：（BD ）
A．H2为正极反应物，O2为负极反应物 B．电极反应（正极）：
O2+2H2O+4e- = 4OHC．电极反应（负极）：
2H2+4OH- + 4e- = 4H2O D．负极发生氧化反应，正极发生还原反应
A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不 断增大
B. 电池放电时，镍元素被氧化 C. 电池充电时，氢元素被还原 D. 电池放电时，H2是负极
4. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH
溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中
燃烧，则下列说法正确的是 ( ) A
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole②负极上CH4失去电子，电极反应式：