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第四章 化學反應與電能
第一節 原電池
第1課時 原電池的工作原理
什么是原電池？
銅鋅原電池的正負極材料與反應物分別是什么？
請分別書寫正負極反應方程式，并標明反應類型。
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。
任務一 原電池工作原理
總反應：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑。
注意：電子不下水，離子不上岸。
稀硫酸
鋅片
銅片
Zn－2e－=Zn2+
氧化反應
負極
發生溶解
2H++2e－=H2↑
還原反應
正極
產生氣泡
外電路
內電路
負極 沿導線 正極
正極 沿導線 負極
電子流向：
電流方向：
陽離子 正極
陰離子 負極
定義：將化學能轉化成電能的裝置
工作原理：
任務一 原電池工作原理
①兩極：一般為兩種活潑性不同的金屬（或一種金屬與非金屬導體，石墨）
②一液：電解質溶液，或熔融電解質（酒精、蔗糖、CCl4不是電解質）
③一線：用導線相連（或直接接觸）
④一反應：自發的氧化還原反應
原電池構成要素：
負極氧化反應、正極還原反應
電極反應：
電子導體：
外電路，實現電子定向轉移
離子導體：
內電路，實現離子定向遷移
閉合回路
任務一 原電池工作原理
原電池正負極判斷方法：
任務一 原電池工作原理
單液原電池的缺點：
現象
原因
鋅片表面附著紅色固體
電流逐漸衰減
Zn與Cu2+直接接觸發生反應；
鋅與CuSO4溶液的接觸面積減少，電流逐漸衰減
關鍵問題：
Zn與CuSO4溶液不能接觸
現象：
電流表指針不偏轉
單液原電池的改進：
鹽橋
一種凝膠態的離子導體
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。
任務二 雙液原電池
任務二 雙液原電池
實驗：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線連接，并在中間串聯一個電流表，觀察現象。取出鹽橋，觀察電流表的指針有何變化。
現象：
有鹽橋存在時電流表指針偏移
銅片表面有銅析出
鋅片逐漸溶解
隨著時間的延續，能產生持續穩定的電流
取出鹽橋無電流產生
雙液原電池:把氧化和還原反應完全隔離，在不同區域之間實現電子的定向移動；能持續、穩定地產生電流；最大限度地將化學能轉化為電能。
任務二 雙液原電池
K＋
Cl-
e-
Zn2+
Zn
Cu2＋
Cu
雙液原電池工作原理
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
發生氧化反應
發生還原反應
負極
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）持續穩定的產生電流，提高能量轉換率
鹽橋
電流較小，電流穩定，轉化效率高
電流較大，衰減快，轉化效率低
思考：雙液原電池電流弱的原因是什么？
改進
縮短鹽橋的長度，增大鹽橋的橫截面積
能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？
①離子運動的距離長
②離子運動的通道窄
③離子容量小
改進
任務三 隔膜原電池
任務三 隔膜原電池
陽離子交換膜：只允許陽離子通過
陰離子交換膜：只允許陰離子通過
質子交換膜：只允許H+通過
隔膜的作用
將兩電極區隔離，防止反應
選擇性通過離子，平衡電荷、形成閉合回路
分離物質或除雜
隔膜
類型
陽離子交換膜
陰離子交換膜
質子交換膜
離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。
課堂練習
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，下列有關敘述正確的是
A．電子從鋅極經過導線移向銅極
B．銅電極上發生反應
C．電池工作一段時間后，乙池的 減小
D．電池工作一段時間后，甲池的 增加
A
知識總結
名稱 單液原電池 雙液原電池 隔膜原電池
優點
缺點
裝置
電流強
1.能量轉化率低
2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短
1.內阻大，電流弱
2.鹽橋需要定期更換
1.能量轉化率高
2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長
1.能量轉化率高
2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長
3.內阻小，電流強
任務四 原電池的應用
1.加快氧化還原反應的速率
(1)原理：原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中離子運動時相互的干擾減小，使反應速率增大。
(2)實例：實驗室用 Zn 和稀硫酸反應制取氫氣時，可滴入幾滴硫酸銅溶液，形成原電池，加快反應速率。
2.比較金屬活動性（保護金屬）
(1)原理：一般原電池中，活潑金屬作負極，發生氧化反應，不活潑金屬作正極，發生還原反應。
(2)實例：有兩種金屬 A和 B，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到 A 極溶解，B 極上有氣泡產生。由原電池原理可知，金屬活動性：A＞B
A＞B
任務四 原電池的應用
A＞B
3.設計原電池
(1)依據：已知一個氧化還原反應，首先分析找出氧化劑、還原劑。
一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧化)，氧化劑(電解質溶液中的陽離子)在正極上被還原。
(2)選擇合適的材料。
①電極材料：電極材料必須導電。負極材料一般選擇較活潑的金屬材料，或者在該氧化還原反應中，本身失去電子的材料。
②電解質溶液：電解質溶液一般能與負極反應。
課堂練習
A＞B
請根據反應 2Fe3+ + Fe = 3 Fe2+設計原電池，你有哪些可行方案
提示：先寫出正負極電極反應，再選取負極、正極材料、電解質溶液等
（負極）Fe
負極反應: Fe -2e-=Fe2+
正極反應: 2Fe3++2e-=2Fe2+
負極材料：Fe
電解質溶液：含Fe3+的鹽溶液
正極材料：比Fe更不活潑的金屬或石墨等

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