第四章 电化学基础

充电
2PbSO4+2H2O
②充电过程 ----放电过程的逆过程 （电解池原理） 放电 Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
阴极：接电源负极 充电 PbSO4 (s) +2e- ===Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应 阳极：接电源正极 充电 2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- === PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应 充电过程总反应： 充电 2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 放电：化学能转化为电能 自发的氧化还原反应 充电：电能转化为化学能 不自发的氧化还原反应
锂电池
干电池
叠层电池
纽扣电池
1、电化学定义： 指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、能量可以相互转化： 化学能 ？ 电能 3、化学能转化为电能的本质： 电能 电流 电子定向移动 电子转移 氧化还原反应（化学能） 自发氧化还原反应 化学能 电能 原电池装置 电能 电流 电子定向移动 电子转移 氧化还原反应（化学能） 非自发氧化还原反应 电能 化学能 电解池装置
（2）工作原理： 铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应 分为放电和充电两个过程
放电
Pb+PbO2+2H2SO4
①放电过程 （原电池原理） 负极Pb： Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s) 氧化反应 正极PbO： PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 还原反应 放电过程总反应： Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) 两个电极都参与反应的原电池
充电
③优缺点简析 缺点： 比能量低、笨重、废弃电池污染环境 优点： 可重复使用、电压稳定、使用方便、 安全可靠、价格低廉
（2004年江苏高考）碱性电池具有容量大、放电电 流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池 以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为： Zns＋2MnO2s＋H2Ol＝ZnOH2s＋Mn2O3s 下列说法错误的是 答案：C A 电池工作时，锌失去电子 B 电池正极电极反应式为： 2MnO2s＋H2Ol＋2e＝Mn2O3s＋2OHaq C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D 每通过02 mol电子，锌的质量理论上减小65 g
2、原电池中的方向问题： 由负极流向正极 （1）电子流动方向： 注意：电子未进入溶液！ 溶液中通过离子的定向移动传导电流 由正极流向负极 （2）电流方向： （3）指针偏转方向：偏向正极 与电子流动方向相同，与电流方向相反 （4）电解质溶液离子移动方向： 阳离子流向正极，阴离子流向负极 正极多电子带负电，负极多阳离子带正电 3、构成原电池的条件 （1）两电极：有两种活动性不同的金属 （或一种是非金属导体如碳棒）
6、盐桥的作用： （1）盐桥的构成： 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。 （2）用作盐桥溶液的条件： ①盐桥溶液的浓度要大； ②盐桥溶液与电解质溶液不发生反应 （3）盐桥的作用： ①使整个装置构成通路的作用 盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既 可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触。
CuSO4
AgNO3
2、为获得较长时间的稳定电流,如何将必修2中 由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池进行简单改装？
A
A Cu
Zn
Zn
ZnSO4
Cu
H2SO4
H2SO4
3、 X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中，用导 线连接，可以组成原电池，实验结果如下图所示, 四种金属的活泼性由强到弱的顺序为 Z>Y>X>W
三、原电池原理的应用 1、制作化学电源
思考：利用Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2设计一个原电池。 负极: Cu 正极: 碳棒（或Pt）电解质: FeCl3 溶液
还原剂作负极材料，氧化剂作电解质溶液 2、防止金属腐蚀 负极氧化消耗被腐蚀，正极受保护。
外加活泼金属做负极，自己做正极
3、加快氧化还原反应的反应速率
使用后：盐桥中离子浓度会减小，电解质溶液中 的阴阳离子不会进入盐桥
小结
原电池概念、原理及组成
把化学能转化为电能的装置 1、原电池： 2、工作原理：氧化还原反应 3、原电池的正、负极及及电极反应 负极：氧化反应 Zn-2e-=Zn2+ 电子流出 损耗 正极：还原反应 2H++2e-=H2↑ 电子流入 未损耗 4、构成原电池的条件 （1）活动性不同的两种金属或金属与非金属 （2）电解质溶液 （3）自发的氧化还原反应 （4）导线连接形成闭和回路
Zn 电流计指针不偏转, 且铜片和锌片上均无明显现象 没行成闭合回路，无电子定向移动 ZuSO4 Cu
CuSO4
5、按课本图4-1所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液 和置有铜片的CuSO4溶液分别通过导线与电流计 连接，用盐桥连通，有什么现象?
电流计指针偏转，铜片有铜析出， 锌片无铜析出，有稳定的电流 通过电路，是原电池装置;
②能稳定长时间放电 Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液，使ZnSO4溶液 中Zn2+过多，带正电荷。Cu2+获得电子沉积为Cu， 溶液中Cu2+过少，SO42-过多，溶液带负电荷。 当溶液不能保持电中性，将阻止放电作用的继续 进行。盐桥的存在，其中Cl-向ZnSO4 溶液迁移， K+向CuSO4 溶液迁移，分别中和过剩的电荷， 使溶液保持电中性，反应可以继续进行。
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
6、如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐 变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、 A C应是下列各组中的哪一组（ ） D B A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4 A B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸 C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液 D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液 C 7、下列说法正确的是（ B ） A、电池的负极一定作还原剂失电子被消耗 燃料电池正负极都不参加氧化还原反应 B、原电池电解质溶液阳离子向电池正极移动 C、较活泼金属一定作原电池的负极 Mg-Al(NaOH) D、原电池要形成闭合回路，为了电子的流出流入 为了电流的流出流入
2、电池的存储时间的长短
四、化学电池的主要分类：
普通干电池 碱性锌锰电池 一次电池 锌银纽扣电池
铅蓄电池 化学电池 二次电池 锌银蓄电池 锂离子电池
燃料电池 氢氧燃料电池
1、一次电池（干电池）： 普通干电池、碱性锌锰电池、 锌银电池、锂电池„„ （1）普通干电池 锌—锰干电池 电解质为糊状NH4Cl
（3）电极反应式有气体用“↑”,物质析出不用“↓”
（4）总式由两极反应式相加，两极得失电子数相等
5、原电池工作原理:
失e-，沿导线传递，有电流产生
氧化反应
Zn-2e=Zn2+ 负极Zn 铜锌原电池 正极Cu
还原反应
2H++2e- =H2↑
Zn2+离子 电解质硫酸 阴离子SO42阳离子H+ Zn2+
优点： 比能量和储存时间有所提高，适用于 大电流和连续放电
（3）锌银电池（纽扣电池） 负极（Zn）：Zn +2OH－ - 2e- =ZnO+H2O 正极（Ag2O）：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH－ 总反应：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
2、二次电池（充电电池或蓄电池）： 铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电 池wk.baidu.com… （1）正负极材料 正极：PbO2 负极：Pb 电解质：H2SO4溶液
让氧化反应和还原反应分别在不同区域进行， 失去的电子通过导线传递产生电流。 电子流动方向： 由负极流向正极（结束）
由正极流向负极, 经电解质溶液流回正极 电流方向：
离子移动方向: 阳离子流向正极，阴离子流向负极
二、简单原电池的改进探究： Zn Cu 1、将锌、铜先后分别浸入到装有硫酸铜 溶液的烧杯中，会有什么现象？ 锌片表面有铜析出，铜片无变化. CuSO4 2、将锌和铜分别通过导线与电流计连接， A 使锌和铜紧贴一起，浸入到装有硫酸 Cu 铜溶液的烧杯中，会有什么现象？ Zn 锌片铜片表面均有铜析出，但电流计指 针不动. 锌不纯，铜与锌接触形成短路 CuSO4 3、将锌和铜分别通过导线与电流计连接， A Zn Cu 浸入到装有硫酸铜溶液的烧杯中， 会有什么现象？ 电流计指针偏转, 锌片上也逐渐被铜 覆盖且电流计偏转逐渐变小直至为零。 CuSO4
Zn与硫酸反应制H2： (1)往硫酸中滴加少量的硫酸铜溶液。 (2)粗锌比纯锌反应速率更快。
4、利用原电池判断电极材料金属性的强弱 一般来说，金属性：负极 > 正极
一、电池的种类： 1、化学电池： 将化学能转换成电能的装置 2、太阳能电池：将太阳能转换成电能的装置 3、原子能电池： 将放射性同位素自然衰变时产 生的热能转换为电能的装置 二、化学电池的优点： 1、能量转换效率高、供能稳定可靠 2、使用方便、易于维护、可在各种环境下工作 三、判断电池的优劣标准 1、比能量的大小或比功率的大小： 单位质量或单位体积输出电能的多少或输出功率 的大小。(A· h)/Kg， (A· h)/L， W/Kg， W/L。
负极(锌筒外壳)：Zn – 2e- = Zn2+ 正极(碳棒中间)： 2MnO2+2NH4++ 2e- = Mn2O3+2NH3+H2O 总反应：
2MnO2+2NH4++Zn= Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O 长久使用，锌筒变薄电解质变稀，有腐蚀液流出
（2）碱性锌锰电池 电解质：KOH 负极（Zn和金属导体） Zn + 2OH- -2e- =Zn(OH)2 氧化反应 正极（金属外壳、MnO2） 碱性锌锰电池构造示意图 2MnO2 + 2H2O+2e-==2MnOOH+2OH氢氧化氧锰 还原反应 总反应： Zn + 2MnO2 + 2H2O =2MnOOH＋Zn(OH)2 缺点： 只能一次使用；价格较贵
4.下列装置中能组成原电池形成电流的是( D )
Zn Cu
Zn A Cu Zn A Cu
H2SO4
没有形成闭合回路 酒精不是电解质 没有自发的氧化还原
A Al Mg
Zn A Cu
A
酒精
食盐水
B
C
NaOH
D
H2SO4
E
H2SO4
没有形成闭合回路
5、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是， 请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出 电极反应式.
结论： 两电极在同一容器中容易接触造成短路 电极不纯、容易覆盖造成电池效率不高 改进： 将电极，还原剂和氧化剂分开在两个容器 负极+电解质溶液 正极+氧化剂电解质溶液
4、按课本图4-1所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液 和置有铜片的CuSO4溶液分别通过导线与电流计 A 连接，但不用盐桥连通,有什么现象?
5、加入盐桥后两个半电池组成的原电池工作原理： 原电池在放电时，负极上的电子经过导线流向 正极，而氧化性较强的物质从正极上得到电子， 两极之间再通过盐桥及池内溶液中的阴、阳离子 定向运动形成的内电路构成有稳定电流的回路。
课堂练习：
1、利用Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag 的反应 设计一个能持续产生电流的原电池装置? A 画出装置图。 Cu Ag
（2）电解质溶液 （3）至少一电极与电解质自发发生氧化还原反应 （两极都反应，先反应为负极，一般是较活泼金属）
（4）装置形成闭合回路。
4、原电池的电极反应式和总反应式的书写 （1）负极：电极(较活泼金属)参加反应失电子 正极：电极不参加反应，溶液中阳离子得电子
（2）电极反应式用 “=”号，是氧化还原的半反应
第 一 节
原 电 池
一、原电池基础知识： 1、原电池定义：利用氧化还原反应， 把化学能转化为电能的装置。 2、原电池电极和反应：
电极 电极材料 电极反应 反应类型 Zn-2e-= Zn2+ 氧化反应 负极 Zn Cu 2H++2e-=H2↑ 还原反应 正极 电极总反应： Zn + 2H+ = Zn2+ +H2 ↑ 负极: 电子流出的极， 电极失电子被氧化，进入溶液 发生氧化反应 —较活泼的金属 正极: 电子流入的极， 溶液中阳离子得电子被还原， 发生还原反应 —较不活泼金属或非金属导体