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第2節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池 課時(shí)1
第1章 物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化
1.理解銅鋅原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用；
2.初步形成原電池模型，并能利用模型解釋陌生原電池的工作原理。
紐扣電池
鉛蓄電池
干電池
手機(jī)電池
筆記本電池
電池究竟是一種什么樣的裝置？它們在工作時(shí)，裝置中發(fā)生了什么變化？
聯(lián)想 · 質(zhì)疑
聯(lián)想 · 質(zhì)疑
鹽橋：鹽橋中通常裝有瓊脂凝膠，內(nèi)含氯化鉀或硝酸銨。
鹽橋中的離子能夠定向移動(dòng)。通過鹽橋可將兩個(gè)相互隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，傳導(dǎo)電流。
活動(dòng) · 探究
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下列裝置能否構(gòu)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能？
編號(hào) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
Ⅰ
Ⅱ
鋅片逐漸溶解，溶液顏色變淺，銅片表面有紅色固體析出，指針偏轉(zhuǎn)
鋅片逐漸溶解，銅片表面有紅色物質(zhì)析出，指針偏轉(zhuǎn)時(shí)間較長
活動(dòng) · 探究
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分析兩個(gè)原電池各部分的作用，確定其電極反應(yīng)物、電極材料和離子導(dǎo)體。
裝置 負(fù)極材料 正極材料 電極反應(yīng)物 離子導(dǎo)體
Ⅰ
Ⅱ
鋅片
銅片
Zn、Cu2+
CuSO4溶液
鋅片
銅片
Zn、Cu2+
ZnSO4溶液、鹽橋、CuSO4溶液
陰離子移向
分析兩個(gè)原電池的工作原理。
負(fù)極
正極
e-
電解質(zhì)溶液
陽離子移向
I
1.電子流向：原電池中電子由負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極；兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等。
3.離子移動(dòng)方向：溶液中的陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。
2.電流方向：電流方向與電子流向恰好相反，即由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極。
一、原電池的工作原理
[思考] 該鋅銅原電池工作時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)方向是怎樣的？
CuSO4溶液
Zn
Cu
ZnSO4溶液
e-
[思考] 該銅鋅原電池工作時(shí)，離子在電解質(zhì)溶液中的運(yùn)動(dòng)方向是怎樣的？
Zn2+
Cu2+
負(fù)極一端Zn失去電子變成Zn2+進(jìn)入溶液，電子由負(fù)極通過導(dǎo)線流向正極；正極一端的Cu2+獲得電子變成Cu沉積在銅片上。
[思考] 鹽橋中的離子是怎樣運(yùn)動(dòng)的？
鹽橋中的Cl-移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使氧化還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。
CuSO4溶液
Zn
Cu
ZnSO4溶液
[思考] 該鋅銅原電池可看作由兩個(gè)半電池組成，一個(gè)發(fā)生氧化反應(yīng)，另一個(gè)發(fā)生還原反應(yīng)。試寫出兩個(gè)電極上的反應(yīng)及總反應(yīng)的離子方程式？
鋅片：Zn－2e－===Zn2+
銅片：Cu2++2e－===Cu
總反應(yīng)：
Cu2++Zn===Cu+Zn2+
（還原反應(yīng)）
（氧化反應(yīng)）
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下列裝置能否構(gòu)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能？請說明理由
(1)有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。
(2)有兩種活動(dòng)性不同的能導(dǎo)電的電極。
(3)兩極相連形成閉合回路。
原電池的
形成條件
Zn
Cu
稀鹽酸
稀鹽酸
×
稀H2SO4
Cu
C
×
比較銅鋅原電池I與銅鋅原電池Ⅱ構(gòu)成上的差異，哪一種原電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能的效率高？
第二種 銅鋅原電池I中，電極材料與電解質(zhì)溶液接觸，部分Zn與Cu2+直接反應(yīng)，該裝置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化，又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能，鋅表面也構(gòu)成了原電池，電流強(qiáng)度弱，不穩(wěn)定；銅鋅原電池Ⅱ中，鋅與Cu2＋彼此隔離，鋅發(fā)生氧化反應(yīng)失去的電子都通過導(dǎo)線，能較充分將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)化率高。
思考與交流
二、原電池的應(yīng)用
1.比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱
原電池中,　　　一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬,　　　一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或非金屬)。
正極
負(fù)極
[例1]a、b、c、d四塊金屬浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池，若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c相連時(shí)， c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)?（ ）
A.a>b>c>d B.a>c>d>b
C.c>a>b>d D.b>d>c>a
B
2.加快氧化還原反應(yīng)的速率
在原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，溶液中的粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)相互干擾小,使反應(yīng)速率加快。
如：1.實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí)，純鋅比粗鋅與酸反應(yīng)慢。
2.實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí)，可加入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。
3.生鐵比純鐵與酸反應(yīng)較快。
[思考]若純鋅與粗鋅(含F(xiàn)e、C等)分別與同濃度的稀硫酸反應(yīng)制取H2,哪種方法產(chǎn)生H2的速率快
粗鋅
[思考] 請利用2Al+3Cu2+===2Al3++3Cu，設(shè)計(jì)原電池：
如何判斷原電池的正負(fù)極呢？
3.設(shè)計(jì)原電池
原電池正負(fù)極的判斷
負(fù)極
正極
離子移向
電極材料
電極反應(yīng)
電子流向
電極現(xiàn)象
活潑的金屬
較不活潑的金屬或非金屬
陽離子移向
還原反應(yīng)
電子流入
電極增重、產(chǎn)生氣體
陰離子移向
氧化反應(yīng)
電子流出
電極溶解
CuSO4溶液
Al
Cu
Al2(SO4)3溶液
負(fù)極
正極
2Al+3Cu2+===2Al3++3Cu
負(fù)極：Al－3e－===Al3+
（還原反應(yīng)）
（氧化反應(yīng)）
正極：Cu2++2e－===Cu
[設(shè)計(jì)思路]
a.有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)；
b.把氧化還原反應(yīng)分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，由此確定電極反應(yīng)；
c.確定電極材料及其電解液，構(gòu)成閉合回路；
d.畫出原電池裝置示意圖。
電極反應(yīng)的書寫方法
【練一練】
1.判斷正誤。
(1)理論上說,任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池。(　　)
(2)在原電池中,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極。(　　)
(3)用Mg、Al分別作為電極,用NaOH溶液作為電解液構(gòu)成的原電池,
Mg為正極。(　　)
(4)原電池工作時(shí),溶液中的陽離子向負(fù)極移動(dòng),鹽橋中的陽離子向正
極移動(dòng)。(　　)
(5)一般來說,帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率
高。(　　)
(6)原電池放電時(shí),外電路中電流由負(fù)極流向正極。(　　)
2.分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置,其中結(jié)論正確的是(　　)
A.①②中Mg是負(fù)極,③④中Fe是負(fù)極
B.②中Mg是正極,電極反應(yīng)為6H2O+6e- === 6OH-+3H2↑
C.③中Fe是負(fù)極,電極反應(yīng)為Fe-2e- === Fe2+
D.④中Cu是正極,電極反應(yīng)為2H++2e- === H2↑
B
3.判斷下列裝置的正負(fù)極，并寫出電極方程式？
負(fù)極：
正極：
總反應(yīng)式：
Mg-2e－===Mg2+
2H++2e－===H2↑
2H++Mg===H2↑+Mg2+
負(fù)極：
正極：
總反應(yīng)式：
2Al+2OH－+2H2O===2AlO2 +3H2↑
－
2Al+8OH－-6e－===2AlO2+4H2O
－
6H2O+6e－===6OH－+3H2↑
[注意] 原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定作負(fù)極的思維定勢。
4.依據(jù)氧化還原反應(yīng):2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)設(shè)計(jì)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　　　　極流向　　　極。
Cu-2e-=Cu2+
Cu
AgNO3溶液
正
2Ag++2e-=2Ag
負(fù)(Cu)
正(Ag)
5.等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b,分別加入過量的稀硫酸,同時(shí)向a中滴入少量的CuSO4溶液,如圖表示產(chǎn)生H2的體積(V)與時(shí)間(t)的關(guān)系,其中正確的是(　　)
D
e－
e－
負(fù)極
正極
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
陽離子遷移方向
陰離子遷移方向
外電路
內(nèi)電路

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