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第一節(jié) 原電池
第一課時(shí)
原電池的工作原理
第四章 化學(xué)反應(yīng)與電能
張爺爺自從鑲了兩顆假牙（一顆金牙、一顆鋼牙）后，經(jīng)常頭痛失眠，這是為什么？
[復(fù)習(xí)回顧]
1、什么是原電池？
借助于氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
一、原電池原理
知識(shí)回顧：判斷下列裝置哪些屬于原電池？為什么？
H2SO4
Zn Zn
（1）
石墨
石墨
H2SO4
（2）
H2SO4
Zn 石墨
（3）
Zn Cu
H2SO4
（4）
CuSO4
Zn Cu
（5）
C2H5OH
Zn Cu
（6）
Zn Cu
ZnSO4 CuSO4
（7）
√
√
√
一、原電池——將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置
1、原電池的形成條件：
負(fù)極
正極
外電路
內(nèi)電路
①必須有自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)
③必須兩個(gè)電極必須插入電解質(zhì)溶液中或熔融的電解質(zhì)中；
④必須兩個(gè)電極必須相連并形成閉合回路。
②必須有兩種活潑性不同的導(dǎo)電材料作電極；
兩種活潑不同的金屬。
一種金屬與一種非金屬（如石墨）。
兩電極都是其它材料。
電極材料
兩極一液成回路，氧化還原是中心
④
CuSO4溶液
③
⑤
①
②
√
√
要有兩個(gè)活性不同的電極(電子導(dǎo)體)
要有電解質(zhì)溶液(離子導(dǎo)體)
必須形成閉合回路
[復(fù)習(xí)回顧]
原電池的工作原理
e-
e-
正極
負(fù)極
外電路
內(nèi)電路
H+
H+
鋅片：
Zn－2e- = Zn2+
銅片：
2H+＋2e- = H2↑
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
負(fù)極
正極
電子流向：
負(fù)極 → 正極
離子移動(dòng)：
陽離子(+)：向正極，
陰離子(-) : 向負(fù)極。
電子不下水，離子不上岸
總反應(yīng)：
Zn＋2H+ = Zn2+＋H2↑
活潑金屬
不活潑金屬或非金屬
電子流出
電子流入
電流流入
電流流出
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
電極減輕
電極增重或產(chǎn)生氣體
陰離子移向
陽離子移向
meiyangyang8602
請(qǐng)你設(shè)計(jì)！
用銅片、鋅片，CuSO4溶液設(shè)計(jì)原電池，
寫出總反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式，并預(yù)測(cè)能觀察到的現(xiàn)象。
e-
Zn2+
Cu
Zn
CuSO4溶液
Cu2+
現(xiàn)象：銅片表面附著紅色固體，電流表指針偏轉(zhuǎn)。
預(yù)測(cè)觀察到的現(xiàn)象
原電池的工作原理
原電池的工作原理
銅片、鋅片表面均附著紅色固體，
電流表指針偏轉(zhuǎn)，但電流逐漸衰減。
【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
應(yīng)避免Zn與CuSO4 溶液反應(yīng)！
思考與交流
把Zn與CuSO4 溶液分開
如何才能得到持續(xù)穩(wěn)定的電流？
將Zn放在另一個(gè)燒杯中
CuSO4溶液
A
二、對(duì)原電池工作原理的進(jìn)一步探究
[疑問]為什么沒有電流？該如何解決？
燒杯中加什么溶液？
不與鋅反應(yīng)的溶液，
一般加金屬對(duì)應(yīng)的鹽溶液。
問題：
Cu
Zn
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn2+
SO42-
A
內(nèi)電路中離子無法定向移動(dòng)，而破壞了溶液的電中性，所以沒有電流。
SO42-
Zn2+
思考與交流
二、對(duì)原電池工作原理的進(jìn)一步探究
A
Cu
Zn
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn2+
SO42-
實(shí)驗(yàn)4-1
那如何改進(jìn)以增強(qiáng)電流呢？
鹽橋:
含瓊脂的KCl飽和溶液
二、對(duì)原電池工作原理的進(jìn)一步探究
A
Cu
Zn
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn2+
SO42-
實(shí)驗(yàn)4-1
那如何改進(jìn)以增強(qiáng)電流呢？
現(xiàn)象：
原電池能持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)生電流
問題：改進(jìn)后的裝置為什么能夠持續(xù)、穩(wěn)定的產(chǎn)生電流？鹽橋在此的作用是什么？
鹽橋:
含瓊脂的KCl飽和溶液
二、對(duì)原電池工作原理的進(jìn)一步探究
Zn Cu
ZnSO4 CuSO4

3、雙液原電池：
【實(shí)驗(yàn)4-1】雙液銅鋅原電池
H2SO4溶液
Zn
A
Cu
ZnSO4溶液
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－
ZnSO4溶液
導(dǎo)線的作用是傳遞電子，溝通外電路。
鹽橋工作示意圖
CuSO4溶液
鹽橋的作用則是溝通內(nèi)電路
鹽橋的作用：
Cl—移向 極
K+移向 極
正
負(fù)
鹽橋的優(yōu)點(diǎn)：
鹽橋工作原理：
使原電池氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在隔絕的區(qū)域間實(shí)現(xiàn)了電子的定向移動(dòng)，使原電池持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)生電流。
①使裝置形成閉合回路
②平衡電荷，使溶液保持電中性
鹽橋制法：
將熱的瓊膠溶液倒入U(xiǎn)形管中，將冷卻后的U形管浸泡在KCl的飽和溶液中即可。
特別提醒：在含Ag+的原電池中，應(yīng)改用KNO3或NH4NO3等飽和溶液
整理有關(guān)鹽橋的問題：
二、對(duì)原電池工作原理的進(jìn)一步探究
　　　
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－
負(fù)極：Zn
電極反應(yīng)：Zn－ 2e－＝Zn2＋
電子流出，電流流入
氧化反應(yīng)
陰離子移向
正極：Cu
電極反應(yīng)：Cu2＋＋2e－＝Cu
電流流出，電子流入
還原反應(yīng)
陽離子移向
4、雙液原電池的工作原理
meiyangyang8602
meiyangyang8602
雙液原電池的思維模型
陰離子
負(fù)極液
正極液
鹽橋
陽離子
陽離子
陽離子
氧化反應(yīng)
Zn-2e=Zn2+
還原反應(yīng)
Cu2+ +2e- =Cu
負(fù)極
正極
外電路
Zn
Cu
失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生
內(nèi)電路
分為兩個(gè)半電池進(jìn)行
電子不下水 離子不上岸
（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，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。
鹽橋
X
Y溶液
A
CuSO4溶液
電流計(jì)
Ag
銅
AgNO3溶液
正
Cu-2e-=Cu2+
2Ag+ +2e-=2Ag
Cu
Ag
練習(xí)1、依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag+ +Cu = Cu2++2Ag設(shè)計(jì)的原電池如右圖所示。請(qǐng)回答下列問題：
三．設(shè)計(jì)原電池裝置
設(shè)計(jì)原電池的一般思路
負(fù)極
正極
電極材料
原電池設(shè) 計(jì)
2.利用：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)一個(gè)帶鹽橋的原電池裝置.
⑴畫出此原電池的裝置簡(jiǎn)圖；
⑵注明原電池的正負(fù)極；
⑶注明外電路中電子的流向；
⑷寫出兩個(gè)電極上的電極反應(yīng)式。
思路：
①根據(jù)氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移情況判斷電極反應(yīng)式
②根據(jù)電極反應(yīng)式確定合適的電極材料和電解質(zhì)溶液
Cu+ 2 AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag
化合價(jià)升高，失2e-
化合價(jià)降低，得2×e-
電極：負(fù)極是 ，正極可以是 等。
電極反應(yīng)式：
電解液：
[思考分析]：利用該反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池
正極：2Ag+ + 2e- = 2 Ag
負(fù)極：Cu – 2e- = Cu2+
AgNO3 、CuSO4或者：AgNO3、 Cu(NO3)2
Cu
Ag或C、Pt
方法歸納
負(fù)極
正極
電解質(zhì)溶液
1.確定兩電極和電解質(zhì)溶液
AgNO3溶液
負(fù)極：
Ag
Cu(NO3)2溶液
設(shè)計(jì)帶鹽橋的原電池
2. 構(gòu)成閉合回路
Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag
Cu
Cu
正極：
Ag
(鹽橋: 含 的瓊脂)
KNO3飽和溶液
（+）
（—）
2Ag+ +2 e- = 2Ag
Cu - 2e- = Cu2+
CuSO4溶液
C
Pt
meiyangyang8602
電流較小，
電流穩(wěn)定，
轉(zhuǎn)化效率高
電流較大，
衰減快，
轉(zhuǎn)化效率低
你知道嗎？
雙液原電池電流弱的原因？
meiyangyang8602
你知道嗎？
雙液原電池電流弱的原因？
改進(jìn)
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(yùn)動(dòng)的距離長
②離子運(yùn)動(dòng)的通道窄
③離子容量小
改進(jìn)
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隔膜原電池的工作原理
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
電流強(qiáng)而且穩(wěn)定
請(qǐng)你總結(jié)
名稱 單液原電池 雙液原電池 隔膜原電池
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
電流強(qiáng)
1.能量轉(zhuǎn)化率低
2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短
1.內(nèi)阻大，電流弱
2.鹽橋需要定期更換
1.能量轉(zhuǎn)化率高
2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長
1.能量轉(zhuǎn)化率高
2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長
3.內(nèi)阻小，電流強(qiáng)
課堂練習(xí)4、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.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
B.電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO42-) 減小
C.電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加
D.陰陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡
C
稀硫酸
Al
Cu
A
1、電解質(zhì)溶液為稀硫酸
2、電解質(zhì)溶液為濃硝酸
濃硝酸
（—）
（+）
Al棒
Cu棒
2Al — 6e- = 2Al3+
6H+ + 6e-= 3H2
（—）
（+）
Al棒
Cu棒
Cu — 2e- = Cu2+
2NO3- + 2e- + 4 H+ = 2NO2 + 2H2O
Cu +2NO3- + 4 H+ = Cu2+ + 2NO2 + 2H2O
（+）
（—）
（+）
（—）
思考與討論1：思考下列裝置是否構(gòu)成原電池，
能構(gòu)成則寫出其中的電極反應(yīng)及總反應(yīng)式。
1、電解質(zhì)溶液為稀硫酸
2、電解質(zhì)溶液為NaOH(aq)
NaOH(aq)
Mg棒
（—）
（—）
（+）
（+）
Al棒
Al棒
Mg棒
2Al +8OH- - 6e- = 2AlO2-+4H2O
6H2O + 6e- = 6OH- +3H2↑
2Al +2OH- +6H2O= 2AlO2- + 3H2↑ +4H2O
Mg — 2e- = Mg 2+
2H+ + 2e-= H2
思考與討論2：思考下列裝置是否構(gòu)成原電池，
能構(gòu)成則寫出其中的電極反應(yīng)及總反應(yīng)式。
Al
Mg
A
稀硫酸
（+）
（—）
（+）
（—）
注意：
正、負(fù)極的判斷受電解質(zhì)溶液的影響，
“較活潑金屬”不一定做負(fù)極
Pt
Pt
A
NaOH(aq)
通H2、CH4等
通O2或空氣等
（負(fù)極）
（正極）
你能寫出它們的電極反應(yīng)式嗎？
注意二：
所謂“活性不同的電極”還可以是電極上負(fù)載的物質(zhì)活性不同。
石墨、Pt、Au等稱為惰性電極
思考與討論3：思考下列裝置是否構(gòu)成原電池，
能構(gòu)成則寫出其中的電極反應(yīng)及總反應(yīng)式。
Fe
（負(fù)極）
（正極）
負(fù)極反應(yīng):
正極反應(yīng):
總反應(yīng)：
注意三：形成閉合回路的方式有多種。
FeCl3溶液
Fe
C
FeCl3溶液
Fe
C
FeCl3溶液
C
Fe
Fe
C
FeCl3溶液
Fe -2e-= Fe 2+
2Fe3++2e-=2Fe2+
2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+
思考與討論4：思考下列裝置是否構(gòu)成原電池，
能構(gòu)成則寫出其中的電極反應(yīng)及總反應(yīng)式。
Fe
C
FeCl3溶液
NaCl溶液
負(fù)極：
正極：
總反應(yīng): 2 Fe+ O2 + 2H2O = 2Fe(OH) 2
注意四：在中性或堿性溶液中，若無電解質(zhì)溶液中的陽離子得e-， 則正極通常考慮溶液中的O2得e-變OH-
正極：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
Fe – 2e- = Fe2+
2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
2 4 2
思考與討論5：思考下列裝置是否構(gòu)成原電池，
能構(gòu)成則寫出其中的電極反應(yīng)及總反應(yīng)式。
Fe
（負(fù)極）
（正極）
負(fù)極反應(yīng):
正極反應(yīng):
總反應(yīng)：
Fe -2e-= Fe 2+
2Fe3++2e-=2Fe2+
2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+
負(fù)極：2Fe – 4e- = 2Fe2+
正極：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
負(fù)極：Fe – 2e- = Fe2+
正極：2H+ + 2e- = H2↑
→鋼鐵中含有碳，可與Fe組成原電池，
發(fā)生原電池反應(yīng)而使鋼鐵遭到腐蝕
應(yīng)用：鋼鐵的腐蝕
①當(dāng)水膜溶液為強(qiáng)酸性時(shí)
鋼鐵的析氫腐蝕
總反應(yīng): 2 Fe+ O2 + 2H2O = 2Fe(OH) 2
隨反應(yīng)進(jìn)行，溶液酸性減弱，堿性增強(qiáng)，逐漸產(chǎn)生Fe(OH) 2
4Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O =4 Fe(OH) 3
Fe2O3˙XH2O 鐵銹
（2）當(dāng)水膜溶液為弱酸性或中性時(shí)
鋼鐵的吸氧腐蝕
4Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O =4 Fe(OH) 3
Fe2O3˙XH2O鐵銹
水 膜
課堂練習(xí)1、某小組為研究電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)如圖裝置。下列敘述不正確的是（ ）
A．a(chǎn)和b不連接時(shí)，鐵片上會(huì)有金屬銅析出
B．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí)，銅片上發(fā)生的反應(yīng)為：
Cu2++2e =Cu
C．無論a和b是否連接，鐵片均會(huì)溶解，溶液均從藍(lán)色逐漸變成淺綠色
D．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí)，SO42-向銅電極移動(dòng)
D
歸納整理1：
原電池的注意點(diǎn)
注意一：
正、負(fù)極的判斷受電解質(zhì)溶液的影響，
“較活波金屬”不一定做負(fù)極
注意二：所謂“活性不同的電極”還可以是電極上負(fù)載的物質(zhì)活性不同。
注意三: 形成閉合回路的方式有多種。
注意四：在中性或堿性溶液中，若無電解質(zhì)溶液中的陽離子得e-，
則正極通常考慮溶液中的O2得e-變OH—
知識(shí)提升:
有的電池產(chǎn)生的電流大，可以對(duì)外做功；
但有的原電池，電極上發(fā)生的反應(yīng)很慢，產(chǎn)生的電流極其微弱，不能對(duì)外做功。
如，鋼鐵生銹發(fā)生的電化學(xué)腐蝕
1. 書寫方法
①找出兩極放電的物質(zhì)或離子
②分析得、失電子情況，寫出放電后的產(chǎn)物
③如原子不能守恒，一般可兩邊添加H+、H2O 或 OH-、H2O
注意：電極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)
歸納整理2：
電極反應(yīng)式
(1)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱
例1：
下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強(qiáng)的是
C.將甲乙與稀硫酸組成原電池時(shí)甲是負(fù)極；
A.甲和乙用導(dǎo)線連接插入稀鹽酸溶液中，
乙溶解，甲 上有H2氣放出；
B.在氧化–還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多；
D.同價(jià)態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強(qiáng)；
三、原電池的主要應(yīng)用：
C
例2、 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。a、b相連時(shí)，電流由a經(jīng)導(dǎo)線流向b；c、d相連時(shí)，電子由d到c；a、c相連時(shí)，a極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時(shí)，H+移向d極。則四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)? )
D
A.a>b>c >d B.a>c>d>b C.c>a>b>d D.b>d>c>a
(2)比較反應(yīng)速率
例3：
下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是
粗鋅和 1mol/L 鹽酸；
B.
A.
純鋅和1mol/L 硫酸；
純鋅和18 mol/L 硫酸；
C.
粗鋅和1mol/L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液。
D.
D
三、原電池的主要應(yīng)用：
(3)比較金屬腐蝕的快慢
例4：
下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是
(4)
(2)
(1)
(3)
三、原電池的主要應(yīng)用：
(4)原電池原理的綜合應(yīng)用
例5：市場(chǎng)上出售的“熱敷袋”的主要成分為鐵屑、炭粉、木屑、少量氯化鈉和水等。“熱敷袋”啟用之前用塑料袋使其與空氣隔絕，啟用時(shí)，打開塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量。使用完后，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量鐵銹存在。
“熱敷袋”是利用 放出熱量。
2)炭粉的主要作用是 。
3)加入氯化鈉的主要作用是 。
4)木屑的作用是 。
鐵被氧化
與鐵屑、氯化鈉溶液構(gòu)成原電池，加速鐵屑的氧化
氯化鈉溶于水、形成電解質(zhì)溶液
使用“熱敷袋”時(shí)受熱均勻
三、原電池的主要應(yīng)用：
1.如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是
A.鐵圈和銀圈左右搖擺不定
B.保持平衡狀態(tài)
C.鐵圈向下傾斜，銀圈向上傾斜
D.銀圈向下傾斜，鐵圈向上傾斜
D

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