电化学基础原理及应用

电化学基础原理及应用

电化学是研究化学能与电能相互转化的装置、过程和效率的科学，它的应用十分广泛，在分析、合成等领域应用很广，由此形成的工业也很多，如电解、电镀、电冶金、电池制造等。因此本课题有利于学生了解电化学反应所遵循的规律，知道电化学知识在生产、生活和科学研究中的作用。同时，通过设计一些有趣的实验和科学探究活动，可以激发和培养学生探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。

电化学是高考命题的热点之一。电化学中的电路、电量等与物理学联系紧密，既可以综合学科内知识，又可以与生产、生活、新科技、新技术等相联系，是不容忽视的知识点。预计在今后的高考中，对该部分内容的考查仍会保持目前东风热度。在题型上应以传统题型为主，其中原电池的工作原理、电解产物的判断与相关计算、电极反应式及电池反应方程式的书写、离子的转移方向、溶液pH的变化仍会是高考的热点。

本课题共包括原电池、化学电源、电解池、金属的电化学腐蚀与防护四部分内容。

计划课时安排：

原电池2课时

化学电源2课时

电解池2课时

金属的电化学腐蚀与防护2课时

电化学原理综合应用2课时

Zn 专题一 原电池

【课标要求】

体验化学能与电能相互转化的探究过程,认识原电池，掌握原电池的

工作原理。

【学习重点】

1.初步认识原电池概念、原理、组成及应用；

2. 了解原电池的工作原理，探究组成原电池的条件，会写电极反应

式和电池反应方程式

【学习难点】

通过对原电池实验的研究，从电子转移角度理解化学能向电能转化

的本质，以及这种转化的综合利用价值。

再现历史：1799年意大利物理学家——伏打

如右图所示，组成的原电池：

问题：①. 锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生？

②. 锌片和铜片连接在一起插入稀硫酸，现象又怎样？

③. 锌片的质量有无变化？溶液中C(H +)如何变化？

④. 锌片和铜片上变化的反应式怎样书写？

⑤. 电子流向如何？

〖思考与交流〗 当电解质溶液为CuSO 4溶液时： Zn 电极是____极，其

电极反应为____________ _，该反应是________反应；Cu 电极是____

极，其电极反应为____________ _，该反应是_________反应。

【小结】1．定义：原电池是将转变为的装置。2．本质：原电池反应的本质是___________反应。

3．原电池工作原理：填写页表中的空白

正极反应：电子（反应）

负极反应：电子（反应）

总反应：正极反应 + 负极反应

【学习新知】

一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究

【思考与交流】上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？

原因：

改进措施：

【思考与交流】改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？〖附：盐桥制法：1）将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2）将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可。〗

产生持续、稳定的电流的原因

盐桥的作用

〖思考与交流〗

上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？。指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式及该电池的总反应方程式。

负极（片）：

正极（片）：

电池反应（总化学方程式）：

电池符号：

（负极）（盐桥）（正极）

注意：电极反应式要①注明正负极和电极材料；②满足所有守恒。

【归纳总结】

1、对比两种电池有何不同？

导线和盐桥的作用：

原电池中的几个判断：

2、电流方向与电子流向的判断：

3、电解质溶液中离子运动方向的判断：

【反馈练习】

1. 锌铜原电池产生电流时，阳离子（）

A 移向Zn 极，阴离子移向Cu 极

B 移向Cu 极，阴离子移向Zn 极

C 和阴离子都移向Zn极

D 和阴离子都移向Cu 极

2. 下列关于原电池的叙述正确的是（）

A 构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属

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

D 原电池放电时，电流的方向是从负极到正极

二、由两个半电池组成原电池的工作原理

（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。

①在这类电池中，用较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用作为正极，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，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。

（2）探究组成原电池的条件

【归纳总结】组成原电池的条件（四要素）

①。②。③。

④本质条件：。〖思考与交流〗

（3）原电池的正负极的判断方法

微观判断：①根据电子流动方向或电流的方向

电流由极流向极，电子由极流向极

宏观判断：②根据电极材料：一般活泼的金属为极，活泼性弱的金属或能导电的非金属为极

③根据原电池电极发生的反应：

原电池的负极上发生反应，正极上发生反应。

④根据某些现象：电极溶解的一极为极，电极增重或产生气体的一极为极。

⑤根据原电池的电解质溶液内离子移动的方向来判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向极，阴离子移向极

【反馈练习】

1、一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu, 该反应的的原电池正确组合是（）(以下电解质溶液浓度相同)

2、下列哪几个装置能形成原电池？

3：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 ( )

A.Mg

B.Fe

C.Al

D.Cu

4：由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH ( ) A.不变 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小

*【拓展练习】

5：如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（）

A. 铁圈和银圈左右摇摆不定

B. 保持平衡状态

C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜

D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜

三、原电池的应用

（1）电解质溶液和电极材料的选择

电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。

①活泼性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极

②金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极

③金属和化合物。如铅蓄电池，铅作负极，PbO2作正极

④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt

【反馈练习】

请根据氧化还原反应 :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+

设计成原电池。你有哪些可行方案?

负极：正极：

总反应式：

电解质溶液：

若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？

试画出原电池的装置简图。

【反馈练习】

（2）原电池的主要应用

⑴ 比较金属的活动性大小

1：把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( )

A．a > b > c > d B．a > c > d > b C．c > a > b .> d D．b >

d > c > a

⑵判断金属的腐蚀快慢

① 原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐蚀措施的腐蚀；(填>、<或=)

② 原电池中的负极金属比正极金属腐蚀的；(填快或慢，下同)

③ 同种金属，在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀的。

⑶设计原电池

从理论上来说，任何氧化还原反应均可设计成原电池。

【归纳总结】原电池的主要应用：

1.利用原电池原理设计新型化学电池；

2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；

3.进行金属活动性强弱比较；

4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。

5.解释某些化学现象

【反馈练习】

原电池原理应用：

(1)比较金属活动性强弱。

1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是

A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；

B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；

C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；

D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；

(2)比较反应速率

2 ：下列制氢气的反应速率最快的是

A纯锌和1mol/L 硫酸； B纯锌和18 mol/L 硫酸；

C粗锌和 1mol/L 盐酸； D粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。

(3)比较金属腐蚀的快慢

3：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是

4：下列装置中四块相同的Z n 片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的

顺序是

(4)判断溶液pH 值变化

以氢氧燃料电池（电解质溶液为KOH 溶液）为例：

负极：2H2 + 4OH - — 4e - = 4H2O

正极：O2 +2H2O + 4e - = 4OH -

总反应：2H2 + O2 = 2H2O

负极上消耗OH -，使附近溶液pH 减小，正极上产生OH -，使附近溶液pH

增大，整个溶液中OH -物质的量保持不变，但由于反应生成H2O ，使整个

溶液pH 减小。

〖思考与交流〗若以稀硫酸为电解质溶液呢？

【思维提示】判断原电池工作过程中溶液pH 变化时，不仅要看正、负两

极生成OH-（H+）或消耗的OH-（H+）物质的量的多少，还要看原电池反

应中是否生成或消耗H2O 。

5：在Cu-Zn 原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为0.125mol/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）

(5)原电池原理的综合应用

听课随笔

6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化

钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打

开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。

1)“热敷袋”是利用 放出热量。

2)炭粉的主要作用

是 。

3)加入氯化钠的主要作用是 。

4)木屑的作用是

*【拓展练习】

（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。 两极反应式为：正极 ；

负极 。

该装置将 能转化为 能。

（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，

则负极为 ，

总反应方程为 。

【特别提醒】原电池中电子流出的电极一定为负极，但相对活泼的金属

电极不一定是负极。较易与电解质溶液反应的金属材料作原电池的负极。

【能力提升】

1.如下图所示的装置中，

能够形成原电池，产生电流的是 ( )

H 2SO 4

B 稀盐酸

C

D

2. 根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原

Cu(s)＋2AgNO3(aq)=Cu(NO3)2(aq)+2Ag(s)

装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简

图。

注明原电池的正极和负极

注明外电路中电子的流向

写出两个电极上的电极反应

3、下在铜一锌一硫酸构成的原电池中，当导线中有1mol电子通时，理

论上的两极变化是（）

①锌片溶解32.5g ②锌片增重32.5g ③铜片上析出1 gH2 ④铜片上析出1mol H2

A. ①③

B. ①④

C. ②③

D. ②④*4、（2007山东理综高考题）铁及铁的化合物应用广泛。如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程

式。

（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应

负极反应

（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2+、Fe3+ 和Fe2+ 的浓度均为0.10 mol?L-1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3+ 和

Fe2+ 的实验步骤。

（4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。

有关反应的化学方程式

劣质不锈钢腐蚀的实验现象