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高二化學(xué) 選擇性必修一
第四章 化學(xué)反應(yīng)與電能
原電池
第一課時(shí) 原電池的工作原理
4.1.1 原電池的工作原理
【情境探究】
格林太太發(fā)生了一次車禍，碰掉了兩顆牙。她為了趕時(shí)髦，就鑲了一顆金牙和一顆不銹鋼牙。誰知，她從此種下了禍根。格林太太常常覺得舌頭發(fā)麻，晚上頭痛難眠。她雖然四處求醫(yī)，但都沒有治好。這是為什么？
【舊知回顧】
什么是原電池？
銅鋅原電池的正負(fù)極材料與反應(yīng)物分別是什么？
請分別書寫正負(fù)極反應(yīng)方程式，并標(biāo)明反應(yīng)類型。
請描述電子的流向。
請描述電流的方向。
請描述離子的移動方向。
4.1.1 原電池的工作原理
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn－2e－=Zn2+
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
負(fù)極
正極
陽離子
陰離子
SO42-
發(fā)生溶解
產(chǎn)生氣泡
原電池總反應(yīng)：Zn+2H+=Zn2++H2↑
電子流向：
負(fù)極 沿導(dǎo)線 正極
電流方向：
正極 沿導(dǎo)線 負(fù)極
外電路：
內(nèi)電路：
陰離子 負(fù)極
陽離子 正極
外電路
內(nèi)電路
2H++2e－=H2↑
負(fù)氧正還
陽正陰負(fù)
注意：電子不下水，離子不上岸
4.1.1 原電池的工作原理
【舊知回顧】
構(gòu)成原電池的條件
（1）自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；
（2）兩個活動性不同的電極；
（3）電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）；
（4）形成閉合回路
【舊知回顧】
外電路：導(dǎo)線作電子導(dǎo)體
內(nèi)電路：電解質(zhì)溶液作離子導(dǎo)體
4.1.1 原電池的工作原理
觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析可能原因：
4.1.1 原電池的工作原理
一、銅鋅原電池工作原理的再探究
4.1.1 原電池的工作原理
一、銅鋅原電池工作原理的再探究
銅片、鋅片表面均附著紅色固體，
電流表指針偏轉(zhuǎn)，但電流不穩(wěn)定，且逐漸衰減。
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】
Zn片
【原因分析】
現(xiàn)象
原因
鋅片表面附著紅色固體
電流逐漸衰減
Zn與Cu2+直接接觸發(fā)生反應(yīng)；
鋅與CuSO4溶液的接觸面積減少，電流逐漸衰減
Cu片
4.1.1 原電池的工作原理
一、銅鋅原電池工作原理的再探究
該裝置能量轉(zhuǎn)化率低的原因是什么？如何解決？
還原劑Zn 與 氧化劑CuSO4 不直接接觸
解決問題的關(guān)鍵：
4.1.1 原電池的工作原理
一、銅鋅原電池工作原理的再探究
為什么沒有電流？該如何解決？
兩個溶液間缺少離子導(dǎo)體，
無法形成閉合回路。
鹽橋
一種凝膠態(tài)的離子導(dǎo)體
鹽橋中通常裝有: 含KCl飽和溶液的瓊脂， K+和Cl-可在其中自由移動。
瓊脂的作用：固定作用，防止KCl溶液直接流出
4.1.1 原電池的工作原理
二、雙液電池和鹽橋
實(shí)驗(yàn)探究
A
e-
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
+
Zn
Cu
電流表
鹽橋
圖4-1鋅銅原電池示意圖
如圖4-1所示，將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液用一個鹽橋連接起來，然后將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，并在中間串聯(lián)一個電流表，觀察現(xiàn)象。取出鹽橋，觀察電流表的指針有何變化。
【實(shí)驗(yàn)4-1】
4.1.1 原電池的工作原理
二、雙液電池和鹽橋
1、注明原電池的組成。
2、標(biāo)明氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生區(qū)域。
3、標(biāo)明電子的運(yùn)動方向和陰陽離子的遷移方向。
請同學(xué)們結(jié)合圖4-1繪制原電池工作原理的示意圖，并與同學(xué)交流。示意圖要求包括以下內(nèi)容
思考與討論
A
e-
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
+
Zn
Cu
電流表
鹽橋
圖4-1鋅銅原電池示意圖
4.1.1 原電池的工作原理
二、雙液電池和鹽橋
K＋
Cl-
e-
Zn2+
Zn
Cu2＋
Cu
雙液原電池工作原理
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
發(fā)生氧化反應(yīng)
發(fā)生還原反應(yīng)
負(fù)極
正極
鹽橋的作用：
（1）形成閉合回路；
（2）平衡電荷，使溶液呈電中性；
（3）持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)生電流，提高能量轉(zhuǎn)換率
鹽橋
4.1.1 原電池的工作原理
二、雙液電池和鹽橋
思考與討論
電池工作時(shí)，裝置中各物質(zhì)或材料的作用是什么？
A
e-
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
+
Zn
Cu
電流表
鹽橋
圖4-1鋅銅原電池示意圖
電極材料
電極反應(yīng)物 電極材料
電極反應(yīng)物 離子導(dǎo)體
離子導(dǎo)體
離子導(dǎo)體
電子導(dǎo)體
雙液原電池解決了電池自損耗的問題
優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定 不足：電流小
為什么？
引入鹽橋后內(nèi)阻變大
如何改進(jìn)？
4.1.1 原電池的工作原理
[拓展] 高中階段三種常見的離子交換膜：
1、陽離子交換膜：
只允許陽離子通過
3、質(zhì)子交換膜：
只允許H＋通過
2、陰離子交換膜：
只允許陰離子通過
陰離子交換膜
4.1.1 原電池的工作原理
【課堂練習(xí)】
1、下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是______(填字母)。
DEF
4.1.1 原電池的工作原理
【課堂練習(xí)】
2、鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是（ ）
A．電子從鋅極經(jīng)過導(dǎo)線移向銅極
B．銅電極上發(fā)生反應(yīng)
C．電池工作一段時(shí)間后，乙池的 減小
D．電池工作一段時(shí)間后，甲池的 增加
A
4.1.1 原電池的工作原理
三、原電池的應(yīng)用
應(yīng)用一 加快化學(xué)反應(yīng)速率
原因：原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中離子運(yùn)動時(shí)相互干擾減少，打破靜電屏蔽效應(yīng)，電子得以順利從負(fù)極沿導(dǎo)線移向正極，使得反應(yīng)速率增大。
4.1.1 原電池的工作原理
三、原電池的應(yīng)用
應(yīng)用二 比較金屬活動性強(qiáng)弱
有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：
實(shí)驗(yàn)裝置
?
?
?
?
部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增加
b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化
d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生
電流從a極流向d極
由此可判斷這四種金屬的活動性順序是___________。
d＞a＞b＞c
4.1.1 原電池的工作原理
三、原電池的應(yīng)用
應(yīng)用三 設(shè)計(jì)原電池
將氧化還原反應(yīng):2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，設(shè)計(jì)成帶鹽橋的原電池。
Cu－2e－===Cu2＋負(fù)
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋正
定反應(yīng) 拆兩半
化合價(jià)升高的物質(zhì)作負(fù)極：銅；活潑性弱的作正極材料
找材料
化合價(jià)降低的物質(zhì)作電解質(zhì)溶液
閉合回路
畫裝置圖
4.1.1 原電池的工作原理
四、原電池電極反應(yīng)式書寫
判斷正負(fù)極寫出總反應(yīng)式及電極反應(yīng)式
【例題】
負(fù)極(銅)：Cu - 2e- = Cu2+
正極(銀)：2Ag+ + 2e- = 2Ag
Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag
Cu
Ag
AgNO3
C
Fe
CuSO4
正極(石墨)：Cu2++2e－=Cu
負(fù)極(鐵)：Fe －2e － = Fe2+
Fe ＋ Cu2+＝Fe2＋＋ Cu
作差法
4.1.1 原電池的工作原理
四、原電池電極反應(yīng)式書寫
Mg Al
NaOH溶液
A
(－)
(＋)
[練習(xí)1] 請寫出右邊原電池的電極反應(yīng)式。
四步法
負(fù) 極：
Al ＝[Al(OH)4]-
一步：判斷正負(fù)極
二步：
三步：
四步：
Al－3e－ ＝ [Al(OH)4]-
Al－3e－ +4OH- ＝ [Al(OH)4]-
正 極：
2H2O ＋2e－ ＝2OH—＋ H2↑
總反應(yīng)：
2Al + 6H2O + 2 OH－ = 2 [Al(OH)4]- + 3H2↑
×2
×3
6.1.3 電極反應(yīng)式的書寫 化學(xué)電源
二、電極反應(yīng)式的書寫
四步法——電極反應(yīng)式書寫方法：
【歸納總結(jié)】
判
找
標(biāo)
配
準(zhǔn)確找出電極反應(yīng)物和電極產(chǎn)物
準(zhǔn)確判斷電池的正、負(fù)極
根據(jù)有關(guān)元素化合價(jià)變化標(biāo)出電子得失數(shù)目
根據(jù)環(huán)境配平電荷，最后根據(jù)原子個數(shù)配平電極反應(yīng)式
4.1.1 原電池的工作原理
【課堂練習(xí)】
1、基礎(chǔ)原電池
(1)鋅(A)－銅(B)－H2SO4溶液(C)
負(fù)極：_______________；
正極：_________________；
總反應(yīng)：_______________________。
(2)Mg(A)－Al(B)－鹽酸(C)
負(fù)極：________________；
正極：__________________；
總反應(yīng)：________________________。
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
Mg－2e－===Mg2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
(3)鐵(A)－銅(B)－FeCl3溶液(C)
負(fù)極：______________；
正極：____________________；
總反應(yīng)：__________________。
Fe－2e－===Fe2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
4.1.1 原電池的工作原理
【課堂練習(xí)】
2、帶鹽橋的原電池
某興趣小組為了提高電池的效率設(shè)計(jì)了如圖所示的原電池。請回答下列問題。
(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，寫出電極名稱及對應(yīng)的電極反應(yīng)式：
Al片(　　)____________________，
Cu片(　　)____________________。
負(fù)極
2Al－6e－===2Al3＋
正極
6H＋＋6e－===3H2↑
正極
負(fù)極
Cu－2e－===Cu2＋
2NO3?+4H++2e－===2NO2↑+2H2O
?
(2)若X是濃硝酸，Y是NaCl溶液，
寫出電極名稱及對應(yīng)的電極反應(yīng)式：
Al片( 　　)___________________________________，
Cu片(　 　)___________________。
4.1.1 原電池的工作原理
【課堂小結(jié)】
原 電 池
一、原電池工作原理 鹽橋作用：1、連通電路 2、平衡電荷
缺點(diǎn)：電流不穩(wěn)定
優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定
缺點(diǎn)：電流小
優(yōu)點(diǎn)：電流大且穩(wěn)定
二、應(yīng)用思維模型分析或設(shè)計(jì)原電池
三、電極反應(yīng)式的書寫

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