【精】人教版化学选修4第四章第一节

一、原电池结构及工作原理 1．原电池的概念
(1)原电池的定义：能把化学能转化为电能的装置叫做原电 池。
(2)原电池的电极。
负极：发生氧化反应，电子流出(流向正极)的一极。
正极：发生还原反应，电子流入(来自负极)的一极。

(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。

3 ．原电池的电极：负极：电子 ________ 的一极，发生 ________反应的一极，电流________的一极。正极：电子 ________的一极，发生________反应的一极，电流 ________的一极。 4．构成原电池的条件：①______________________；② __________________；③__________________，有明显电 流产生时需具备此条件；④形成________。



答案： 一、1.化学能 电能 2 ．氧化剂 不同区域 还原剂 流入 电子转移 流入 还原 原电池 流出 氧化，还原
3．流出 氧化
4．活泼性不同的两个电极——负极：较活泼的金属；正极： 较不活泼的金属或非金属导体石墨等 电极需插在电解质 溶液中 原电池形成过程中必须有电子转移，所以要求必 须存在一个氧化还原反应 闭合电路
②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：

●案例精析 【例1】 如图所示装置中，能组成原电池的是 ( )

[解析] 构成原电池的条件是①有电解质溶液；②两个活 泼性不同的电极相连接或相互接触并插入电解质溶液中； ③能自发地发生氧化还原反应；④形成闭合电路。A中酒 精是非电解质，D中两电极相同。故正确答案为BC。 [答案] BC
1．了解原电池的工作原理及构成条件。
2．能够正确判断原电池的正负极。
3．能写出电极反应式和电池反应方程式。 4．盐桥在原电池中的应用。

一、原电池 1．原电池定义
原电池：将________转化为________的装置。
2 ．氧化还原的本质是 ________ 与 ________ 之间发生 ________的过程，通常氧化还原反应中并不能获得电流， 要使能量直接转变为电能，就要设计________，使 ________反应和________反应分别在________进行。

3.实验分析 (1)对于该装置所示原电池： Zn片：Zn－2e－＝Zn2＋(氧化反应)； Cu片：Cu2＋＋2e－＝Cu(还原反应)； 同时在 Zn 片上， Zn 可直接与 CuSO 4 溶液反应，生成 Cu 与 ZnSO4，因此该装置中既有化学能转化为电能，同时也有 化学能转化为热能。 (2)对于该装置所示原电池： 锌片：负极Zn－2e－＝Zn2＋(氧化反应)； 铜片：正极Cu2＋＋2e－＝Cu(还原反应)； 总化学方程式：Zn＋Cu2＋＝Cu＋Zn2＋。


4．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。

5 ．为什么实验室用锌与稀 H 2 SO 4 反应制 H 2 ，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。

氧化还原反应的本质是反应物之间电子的转移，但是在通 常的 氧 化 还 原 反应中并不能获得电流 。 如将锌片放在 CuSO4溶液中，可以看到铜被锌置换出来，并放出热量， 其反应为：Cu2＋＋Zn＝Zn2＋＋Cu。在此反应中，锌原子 把电子直接给了在溶液中与之接触的 Cu2＋，被氧化成Zn2 ＋ ，进入溶液；而 Cu2＋ 在锌片上直接得到电子，被还原成 铜(相当于短路)，得不到电流。

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。

2．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。

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．组成原电池的条件 (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。 说明：①原电池中，负极的金属性比正极的金属性强。


二、铜锌原电池 1．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：________。

本章教材内容共分四节。第一节“原电池”，具体内容包 括带有盐桥的较复杂的原电池、原电池的构成和反应原理、 设计原电池、选用正负极的原则；第二节“化学电源”， 主要讲述了电池选用的标准，一次电池、二次电池和燃料 电池的反应原理；第三节“电解池”，主要介绍了电解的 原理、电解饱和食盐水、电镀、铜的电解精炼以及电冶金 制取活泼金属的知识；第四节“金属的电化学腐蚀的反应 原理”，具体介绍了牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的 阴极保护法。

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如图所示装置不是原电池的是
(
)

[解析] A中两个电极活泼性相同。A装置不是原电池装置， D装置中，两个电极活性不同，且有导线相连，又有电解 质溶液，却没能形成闭合回路。 B 、 C 符合原电池的条件。 故正确答案为AD。 [答案] AD


1.实验设计 (1)按照图1中所示装置进行实验。观察两个金属片插入溶 液后检流计指针位置的变化、金属电极表面的变化及溶液 温度的变化，分析是否有电流产生。

本章主要研究的是化学能与电能相互转换的装置、过程和 效率，内容应用领域广，由此形成的工业很多，如电解、 电镀、电冶金、电池制造等。本章着重研究化学反应与电 能的关系，属于热力学研究的范畴，是中学化学中的重要 理论知识。

本章着重研究化学反应与电能的关系，是电化学的重点内 容，学习时应注意以下几点： 1．注意本章新旧知识间的联系，抓住原电池、电解池、 氧化还原反应、化学反应中的能量变化等知识之间的联系， 并进行对比。 2．注意实验现象的观察和分析，有利于增强探索化学反 应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。 3．建立学科间的联系，注意电化学知识在实际中的应用， 做到学以致用。


【本章重点】 电极反应和电池反应方程式的书写；一次 电池、二次电池和燃料电池的反应原理、性能及其应用； 电解池的工作原理及其应用；金属的电化学腐蚀及金属的 电化学防护。 【本章难点】 原电池的工作原理；化学电池的工作原理； 电解池的工作原理；金属的吸氧腐蚀。

第一节
原电池


二、1.负 Zn－2e－＝Zn2＋ 氧化
正 Cu2＋＋2e－＝Cu 还原
Zn＋Cu2＋＝Cu＋Zn2＋ 2．(1)还原性较强 氧化性较强
(2)内电路 正极
(3)组成原电池的反应物的氧化还原能力

1．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。


2．实验记录(见下表) 电流产 生情况 有电流 (1) 产生 (2) 有电流 产生 电极表面变化情况 温度变 能量变化情况 化情况
锌片质量减少，同时 溶液温 化学能转化为 Cu 片上有红色物质析 度升高 电能、热能 出，Cu片质量增加 锌片质量减少，铜片 上有红色物质析出， 铜片质量增加 溶液温 化学能转化为 度不变 电能

3．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。

●案例精析 【例2】 下列关于原电池的叙述中正确的是 B．原电池是将化学能转变为电能的装置 C．原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原 ( )
A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
D．原电池工作时，电流的方向是从负极到正极

[解析] 构成原电池的正极和负极可以是两种不同的金属， 也可以是金属和能导电的非金属，所以A错误；原电池中 电子流出的一极是负极，该极被氧化，所以C错误；原电 池工作时，电流的方向是从正极到负极，则D错误，故正 确答案为B。 [答案] B


在如右图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电流从电极 X流向电极Y。若X为铁，则Y可能是 ( )

A．锌
B．石墨
C．银
D．铜

[解析] 电流的方向与电子的移动方向相反，则电子由电 极Y流向电极X，因此Y电极的活泼性强于铁，故Y电极只 能为选项中的锌。 [答案] A




4．实验原理分析 当有盐桥存在时，在ZnSO4溶液中，Zn片逐渐溶解，即Zn 被氧化，锌原子失去电子，形成Zn2＋进入溶液，从锌片上 释放出的电子，经过导线流向铜片，CuSO4溶液中的Cu2＋ 从铜片上得到电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上，随 着反应的进行，左边烧杯溶液中 c (Zn 2 ＋ ) 增大，右边烧杯 中c(Cu2＋)减小，此时，盐桥中的Cl－会移向ZnSO4溶液， K＋移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和 CuSO4溶液均保持电 中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地 产生电流。其工作原理可用如图所示流程图表示：

2．由两个半电池组成原电池的工作原理 (1)在此类电池中，用________的物质作为负极，负极向外 电路提供电子；用________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，并通过正负 离子的定向运动而形成________。放电时，负极上的电子 通过导线流向________，再通过溶液中离子形成的内电路 构成环路。 (3)原电池输出电能的能力，取决于________。

(2)按照图2组装实验装置。观察反应过程中检流计指针位 置的变化，判断是否有电流产生，并观察电极表面以及溶 液温度的变化。 注意：盐桥是将热的琼脂溶液 (可以是KCl溶液或NH4NO3 溶液) 倒入U形管中 ( 不能产生裂隙 ) ，将冷却后的 U形管浸 泡在KCl 饱和溶液或NH4NO3饱和溶液中制得。离子在盐 桥中能定向移动，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。