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化學(xué)(選擇性必修1) 第四章 化學(xué)反應(yīng)與電能
第一節(jié) 原電池
第1課時(shí) 原電池的工作原理
[知識回顧]
以鋅-銅-CuSO4原電池為例，回顧：
CuSO4溶液
1.什么是原電池？
2.原電池的構(gòu)成要素有哪些？
將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置
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(dǎo)體，石墨）
②一液：電解質(zhì)溶液，或熔融電解質(zhì)
（酒精、蔗糖、CCl4不是電解質(zhì)）
③一回路：用導(dǎo)線相連（或直接接觸）
④一反應(yīng)：自發(fā)的氧化還原反應(yīng)
原電池原理示意圖
電子不下水，離子不上岸
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
Cu2+
Cu2+
陽離子
陰離子
SO42-
e－
I
外電路：電子遷移
內(nèi)電路：離子遷移
[知識回顧]
負(fù)極:
氧化反應(yīng)
正極:
還原反應(yīng)
Zn-2e- =Zn2+
Cu2++2e- =Cu
負(fù)極
正極
[知識回顧]
電極材料
電極反應(yīng)
電子流向
電極現(xiàn)象
離子移向
判
斷
為
負(fù)
極
判
斷
為
正
極
不活潑金屬或非金屬
活 潑 金 屬
氧 化 反 應(yīng)
還 原 反 應(yīng)
電 子 流 出
電 子 流 入
不 斷 溶 解
質(zhì) 量 減 小
質(zhì) 量 增 大
有氣體放出
陰離子移向
陽離子移向
原電池正負(fù)極的判斷
[知識回顧]
1.下列能形成原電池的裝置是（ ）
Zn
Zn
H2SO4
A
A
Zn
Cu
酒精
B
A
Zn
Cu
ZnSO4
C
A
Zn
Cu
H2SO4
D
A
D
任務(wù)一：再探究單液原電池
【實(shí)驗(yàn)活動一】
將鋅片和銅片分別用夾子夾好與電流表串聯(lián)，再同時(shí)放入盛有
CuSO4溶液的燒杯中。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄。
實(shí)際實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
鋅片 Zn-2e- = Zn2+
銅片 Cu2++2e- = Cu
電流表
鋅片腐蝕，不斷溶解
銅片上有紅色物質(zhì)析出
電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
任務(wù)一：再探究單液原電池
觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析可能原因：
任務(wù)一：再探究單液原電池
【實(shí)驗(yàn)活動一】
將鋅片和銅片分別用夾子夾好與電流表串聯(lián)，再同時(shí)放入盛有
CuSO4溶液的燒杯中。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄。
實(shí)際實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
鋅片 Zn-2e- = Zn2+ 鋅片不斷溶解
銅片 Cu2++2e- = Cu 銅片上有紅色物質(zhì)析出
電流表 電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
鋅片被紅色物質(zhì)覆蓋
銅片上有紅色物質(zhì)析出
電流表讀數(shù)不斷減小
任務(wù)一：再探究單液原電池
【思考與討論1】分析產(chǎn)生上所述現(xiàn)象的原因
1.鋅片上有紅色物質(zhì)析出：
2.電流表讀數(shù)不斷減?。?br/>【解決問題的關(guān)鍵】還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸
【原因分析】
如何改進(jìn)？
鋅與CuSO4溶液直接接觸發(fā)生反應(yīng)生成銅。
因?yàn)殂~在鋅表面析出后，與CuSO4溶液一起形成
了原電池，產(chǎn)生的電流并沒有經(jīng)過電流表，所以電流表的讀數(shù)不斷減小。
任務(wù)二：原電池裝置的改進(jìn)
ZnSO4
Zn Cu
CuSO4
A
ZnSO4
Zn Cu
CuSO4
A
1.有無電流產(chǎn)生？
2.為什么沒有電流？該如何解決？
思考
鹽橋
一種凝膠態(tài)的離子導(dǎo)體
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鋅片（還原劑）在與Cu2+（氧化劑）沒有直接接觸的情況下也能構(gòu)成原電池，但是需要合適的“橋梁”連接兩種電解
質(zhì)溶液。
鹽橋：
通常是將浸泡了飽和KCl溶液的瓊膠裝在U型管中。
特點(diǎn)：
1.鹽橋中的K+、Cl-可以自由移動
2.瓊膠起到固定作用，防止KCl溶液直接流出來。
3.離子只出不進(jìn)。
任務(wù)二：原電池裝置的改進(jìn)——雙液原電池
對比下圖，分析得出雙液電池的優(yōu)缺點(diǎn)，并思考如何改進(jìn)。
任務(wù)二：原電池裝置的改進(jìn)——雙液原電池
優(yōu)點(diǎn)：電流穩(wěn)定
不足：電流小
任務(wù)二：原電池裝置的改進(jìn)——雙液原電池
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
改進(jìn)
增大電流呢？
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？
思考：雙液原電池電流弱的原因？
1.離子運(yùn)動的距離長
2.離子運(yùn)動的通道窄
3.離子容量小
任務(wù)二：原電池裝置的改進(jìn)——雙液原電池
離子交換膜
任務(wù)三：原電池裝置的設(shè)計(jì)
請利用Cu＋2Fe3＋＝Cu2＋＋2Fe2＋，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池
鹽橋
Cu
C
CuCl2溶液
FeCl3溶液
G
分析半反應(yīng)
Cu - 2e- ＝ Cu2＋
2Fe3＋ + 2e- ＝ 2Fe2＋
確定電極材料
電源負(fù)極(Cu)
電源正極(C/Ag)
組成原電池
形成閉合回路
FeCl3溶液
比負(fù)極金屬活潑性
弱的金屬或石墨
含氧化劑離子的溶液
A
FeCl3溶液
Cu
C
加快氧化還原
反應(yīng)的速率
防止金屬的腐蝕
判斷金屬的
活動性強(qiáng)弱
設(shè)計(jì)簡單的
原電池裝置
任務(wù)四：原電池原理的應(yīng)用
鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)
加少量CuSO4溶液
[小結(jié)]原電池工作原理
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
單液電池
雙液電池
隔膜型電池
[小結(jié)]原電池工作原理
自發(fā)的氧化還原反應(yīng)
閉合回路
原電池
化學(xué)能
電能
離子導(dǎo)體
電極材料
電極反應(yīng)
電子導(dǎo)體
還原反應(yīng)
氧化反應(yīng)
[小結(jié)]原電池工作原理

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