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第1課時　
第四章 化學(xué)反應(yīng)與電能
第一節(jié) 原電池
1、以銅鋅原電池為例，理解原電池的工作原理及形成條件。
2、學(xué)會判斷原電池的正、負極，掌握原電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式的書寫。
3、認識帶鹽橋的原電池，理解鹽橋的用途。
1、什么是原電池？
將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
2、構(gòu)成原電池的條件有哪些？
【知識回顧】
一、原電池的形成條件及工作原理
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
Cu2+
Cu2+
Zn－2e－===Zn2+
Cu2++2e－===Cu
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
負極
正極
陽離子
陰離子
發(fā)生溶解
有紅色物質(zhì)生成
原電池總反應(yīng)：Zn+Cu2+===Zn2++Cu
電子流向：負極 沿導(dǎo)線 正極
電流方向：正極 沿導(dǎo)線 負極
外電路
內(nèi)電路
陰離子 負極
陽離子 正極
外電路
內(nèi)電路
e－
I
這樣整個電路構(gòu)成了閉合回路，
帶電粒子的定向移動產(chǎn)生電流
簡記：電子不下水，離子不上岸。“陽正，陰負”
Zn-Cu-CuSO4 原電池
3、工作原理
電極
負
極
正
極
定義:
電子流出(失電子)的一極
電極材料：
較活潑金屬
定義:
電極材料：
電子流入(得電子)的一極
較不活潑金屬或碳棒
電極
反應(yīng)
負極:
正極:
電解質(zhì)溶液中的陽離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng)
電極本身失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)
電池反應(yīng)：
電子流動方向：
負極 導(dǎo)線 正極
陽離子移向正極
陰離子移向負極
溶液中離子
移動方向：
負極
正極
Zn － 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
一、原電池的工作原理及形成條件
Cu2+
得失電子守恒后，兩電極反應(yīng)式相加
Zn＋Cu2+ ＝ Zn2+ + Cu
觀察并記錄實驗現(xiàn)象，其中哪些與預(yù)測一致，哪些與預(yù)測不同？
再探原電池
鋅銅原電池：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
預(yù)測實驗現(xiàn)象
鋅片 Zn-2e-=Zn2+
銅 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)
一段時間實驗現(xiàn)象
鋅片被紅色物質(zhì)覆蓋
電流表讀數(shù)不斷減小
？
？
1.為什么鋅片上有紅色物質(zhì)生成？
因為鋅與CuSO4溶液直接接觸，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以鋅片表面有銅析出。
2.為什么電流表讀數(shù)不斷減小？該電池能否長期保存？如何改進？
【分析原因】
因為銅在鋅表面析出后，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。
鋅與CuSO4溶液的接觸面積逐漸減少，當鋅片表面完全被銅覆蓋后，相當于兩個電極都是銅，已不能發(fā)生原電池反應(yīng)，最后沒有電流產(chǎn)生。（極化作用）
不能，Zn會和CuSO4 直接反應(yīng)存在缺陷
改進原電池裝置
-------氧化劑與還原劑不直接接觸
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn
Cu
A
？
改進
方法：搭建鹽橋（U型管、由飽和KCl溶液和瓊脂制成的膠凍）
鹽橋
K+和Cl-在鹽橋中能移動
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
Cu
Zn
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
Cl－
K+
K+
Cl－
K+
K+
K+
Cl－
Cl－
K+
Cl－
Cl－
Cl－
鹽橋（雙液）原電池的工作原理
★鹽橋的作用
（1）離子通道，形成閉合回路。
（2）避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，減少電流的衰減。
（3）平衡電荷，使溶液保持電中性
（1）瓊膠：防止管中溶液流出 ；
（2）K+和Cl-能在瓊膠內(nèi)自由移動；
（3）離子只出不進。
e-
e-
Cu
Zn
負極：
氧化反應(yīng)
正極：
還原反應(yīng)
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
總反應(yīng)：Cu2+ + Zn= Cu+ Zn2+
Cl-
K+
Zn2+
Cu2+
+
-
CuSO4溶液
ZnSO4溶液
1、雙液原電池
一個原電池由兩個半電池組成，一個發(fā)生氧化反應(yīng)，一個發(fā)生還原反應(yīng)，兩個半電池用鹽橋連接。半電池又叫電極
2、工作原理
鋅半電池
銅半電池
3、優(yōu)點
2、提高了能量轉(zhuǎn)化率（化學(xué)能→電能）；
3、有效避免了電極材料與電解質(zhì)溶液的直接反應(yīng)， 能夠防止裝置中化學(xué)能的自動釋放(自放電)，增加了原電池的使用壽命。
1、離子在鹽橋中作定向移動，減少了離子的混亂，使離子移動更加有序，能夠產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流；
缺點：1.內(nèi)阻大，電流弱 2.鹽橋需要定期更換
雙液原電池
銀半電池
銅半電池
電極反應(yīng)：
負極：
正極：
總反應(yīng)：
Cu － 2e- = Cu2+
2Ag + +2e- =2Ag
Cu + 2Ag + = Cu2+ + 2Ag
AgNO3溶液
CuSO4溶液
Cu
Ag
鹽橋
新知演練
【練習(xí)1】書寫電極方程式及總方程式
2.依據(jù)反應(yīng)：2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s)設(shè)計的原電池如圖所示。
請回答下列問題：
（1）電極X的材料是_________；電解質(zhì)溶液Y是_______；
（2）銀電極為電池的_______極，發(fā)生的電極反應(yīng)為_____________；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為 ____________。
（3）外電路中的電子是從_____電極流向______電極。
銅
AgNO3
正
2Ag+ +2e-=2Ag
Cu-2e-=Cu2+
Ag
Cu
新知探究
電流較大，
衰減快，
轉(zhuǎn)化效率低
電流較小，
電流穩(wěn)定，
轉(zhuǎn)化效率高
【數(shù)字實驗探究單、雙液原電池】
【思考】雙液原電池電流弱的原因？
(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
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
新知探究
4、膜電池
知識拓展
離子交換膜：
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。
3.下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是________(填序號)，能構(gòu)成原電池的指出電極的名稱并寫出電極反應(yīng)。
①②⑤
①Cu-正極：2H＋＋2e－===H2↑； Fe-負極：Fe－2e－===Fe2＋
②Zn-負極：Zn－2e－===Zn2＋； Fe-正極：Cu2＋＋2e－===Cu
⑤Ag-正極：2Ag＋＋2e－=== 2Ag；Cu-負極：Cu－2e－===Cu2＋
（1）. 加快氧化還原反應(yīng)的速率
例如，在鋅與稀硫酸反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液，能使產(chǎn)生H2的速率加快（Zn+H2SO4+少量CuSO4 構(gòu)成原電池）
5、原電池反應(yīng)的應(yīng)用
注意：對于“Mg—NaOH(aq)—Al”原電池負極為Al
對于“Cu—濃硝酸—Al(Fe)”原電池負極為Cu
判 斷方 法
一般負極金屬比正極金屬活潑
一般負極質(zhì)量減少
一般正極有氣體生成，電極質(zhì)量不斷增加或不變
（2）. 判斷金屬活動性的強弱
新知探究
Fe + Cu2+= Fe2++Cu
Fe -2e- = Fe2+
Cu2++2e- = Cu
負極 電極材料
電解質(zhì)溶液
正極 電極材料
電解質(zhì)溶液
Fe
Cu、C、Pt等
CuCl2、CuSO4
負極
正極
(1)拆分反應(yīng)；
(2)接著確定負、正極材料；
(3)再確定電解質(zhì)溶液；
(4)最后畫出裝置。
總結(jié)：
FeCl2、FeSO4
FeSO4溶液
CuSO4溶液
Cu
Fe
鹽橋
5、原電池反應(yīng)的應(yīng)用
（3）. 設(shè)計原電池
3、設(shè)計雙液原電池
依據(jù)：已知一個氧化還原反應(yīng)，
負極：如發(fā)生氧化反應(yīng)的為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負極;
如為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、石墨棒)作負極。
正極：發(fā)生還原反應(yīng)的(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。
正極電極材料一般不如負極材料活潑。本例中可用惰性電極(如Pt、石墨棒)作正極。
電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負極材料反應(yīng)。
但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如本例中可用ZnCl2和FeCl3溶液作電解質(zhì)溶液。
新知探究
（4）、防止金屬被腐蝕
例：船體嵌入鋅塊、埋地鋼管焊上鎂條等！
犧牲陽極的陰極保護法
5、原電池反應(yīng)的應(yīng)用
【練習(xí)4】把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為： ( )
A．a(chǎn) > b > c > d B．a(chǎn) > c > d > b
C．c > a > b > d D．b > d > c > a
B
5.已知反應(yīng)，請回答下列問題。
（1）若要使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，下列措施可行的是___（填字母）。
A.將鐵粉改為鐵片 B.加入少量醋酸鈉固體
C.滴加少量溶液 D.將稀硫酸改為的濃硫酸
C
（2）若將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，石墨棒為原電池某一極材料，則石墨
棒為____（填“正”或“負”）極，產(chǎn)生的現(xiàn)象為____________，
發(fā)生的電極反應(yīng)為__________________
原電池工作時溶液中的移向____（填“正”或“負”）極。若反應(yīng)產(chǎn)生
氣體（已換算成標準狀況），則理論上消耗鐵的質(zhì)量是_____ 。
正
有氣泡產(chǎn)生
2H++2e- = H2↑
負
8.4

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