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探“電”奇旅
--發展變遷的原電池
人教版選擇性必修1化學反應原理第四章第一節《原電池》
教材的地位與作用
本節課選自人教版選擇性必修1第四章《化學反應與電能》第一節《原電池》第一課時，授課對象為分科時選擇了化學學科的高二年級學生。
1.通過分析單液原電池存在的問題的不足，提出改進假設，提升發現與探究問題的能力；
03
2.能從宏觀和微觀相結合的視角，總結雙液原電池的工作原理，建立雙液原電池認知模型；
3.通過探究實驗，比較單液電池和雙液電池，體會科學研究對于人類社會可持續發展的重要意義
一、教學目標
1、教學目標
01
重點
1.單液原電池裝置的改進實驗探究；
2.雙液原電池的工作原理學習與模型建立；
3.鹽橋概念引入與學習。
02
難點
1.發掘與總結單液原電池的不足；
2.設計雙液原電池；
3.鹽橋的概念與具體作用；
2.教學重點和難點
目錄
1.回顧知識，發現問題
3.探索原電池的改進創新
5.原電池的應用
2.實驗探索
4.建立雙液原電池認知模型
丹尼爾電池
膜電池
伏特電池
電池的發展史
伽伐尼
青蛙實驗
A
燃料電池
海洋電池
濃差電池
微生物電池
鋁離子電池
……
Zn
Cu
CuSO4
A
一、原電池構成
1、定義
將化學能轉化為電能的裝置
2、原電池的構成條件
兩極一液一回路一反應
知識回顧——原電池
e-
e-
正極
負極
外電路
內電路
H+
H+
鋅片：
Zn－2e- = Zn2+
銅片：
2H+＋2e- = H2↑
失電子，
發生氧化反應
得電子，
發生還原反應
電子流向：
負極 → 正極
離子移動：
陽離子(+)：向正極，
陰離子(-) : 向負極。
電子不下水
離子不上岸
總反應：
Zn＋2H+ = Zn2+＋H2↑
電流方向：
正極 → 負極
口訣：陽正陰負/+正-負
【環節一：原電池的工作原理】
總結歸納：原電池正、負極的判斷
1、看電子流向
2、看電流方向
3、看離子移向
4、看電極反應類型
5、看總反應式
6、看兩極現象
7、看電極材料
特別提醒：不要簡單地依據金屬的活潑性來判斷，要看自發進行的氧化還原反應。
氧化還原反應是原電池的理論基礎。
實驗現象：
①電流表指針偏轉。
②鋅片和銅片上均有紅色物質生成。
③溶液溫度升高。
④一段時間后，電流會逐漸減小。
？
？
？
單液銅鋅原電池數字實驗探究結果
思考1.鋅片上的紅色物質是什么？為什么鋅片上有紅色物質生成？
思考2.為什么電流表讀數不斷減小？
思考3：如何改進原電池裝置，避免Cu2+在鋅片上得電子，提高原電池能量轉化效率
思考與討論
CuSO4溶液
Zn
A
Cu
浸有NaCl溶液的濾紙條
ZnSO4溶液
解決問題的關鍵：還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸
改進方法：將鋅與硫酸銅溶液分開，形成雙液原電池
有無電流產生？
該如何解決？
硫酸銅
Cu
Zn
A
改進后
CuSO4溶液
ZnSO4溶液
Zn
Cu
A
【環節二 ：原電池的改進創新】
CuSO4溶液
Zn
A
Cu
浸有NaCl溶液的濾紙條
ZnSO4溶液
鹽橋
一種凝膠態的離子導體
鹽橋的作用：
①溝通內電路,形成閉合回路；
②平衡電荷，使溶液保持電中性，使電流持續傳導。
③避免電極與電解質溶液直接反應，減少電流的衰減，提高原電池的工作效率。
通常是裝有含瓊膠的KCl 飽和溶液。鹽橋中的K＋、Cl－是可以自由移動，瓊膠的固定作用可以防止KCl溶液直接流出來。
思考3：鹽橋中K+和Cl-的移動方向？
思考1：鹽橋中有電子流過嗎？
不能，兩溶液中SO42-濃度不變
Zn片
Cu片
ZnSO4
CuSO4
Zn2＋
Cu2＋
Cl－
K＋
沒有（電子不下水）
思考2：兩溶液中的離子能通過鹽橋嗎？
溶液中SO42-濃度怎么變？
K+向正極移動，Cl-向負極移動；
K＋
Cl－
只出不進
【打破思維定勢】氧化劑和還原劑不直接接觸也能發生反應。
正正負負
單液
溫度
電流
17.3 ℃
0.126A
25 ℃
0.026A
雙液
溫度
電流
17.3 ℃
0.007A
現象：能量轉化率高，電流弱，但是比較穩定
通過數字化實驗比較雙液電池與單液電池：
改進
增大電流？
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.離子運動的距離長
2.離子運動的通道窄
3.離子容量小
Cu
【環節二 ：原電池的改進創新】
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。
微電池
【膜電池模型】
微電池
膜電池：能量轉化率高，電流強，使用時間長
單液原電池
雙液原電池
隔膜原電池
隔膜原電池微型化
原電池的發展變遷
1.寫出總反應式并改成離子方程式，
負極電極反應式模板：（升）還原劑－ne-= 氧化產物
正極電極反應式模板：（降）氧化劑＋ne-= 還原產物
2.根據電解質環境，利用H+（酸性）、OH-（堿性），O2-、CO32-（熔融鹽）等使電極反應式電荷守恒。
3.配平電極反應式，利用H2O或其他使電極反應式原子守恒。
三步： 1.列物質，定得失
2.電荷守恒看介質
3.原子守恒
注：電極反應式中若有氣體生成，需加“↑”；若有固體生成，一般不標“↓”
電極方程式的書寫思路
優先失電子為負極
練習1
Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2↑
Mg + 2H+ = Mg2+ + H2↑
Mg－2e_ = Mg2+
2H+ + 2e_ = H2↑
總反應：
離方：
負極：
正極：
根據反應Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu 設計原電池。
負極：Fe
正極：一般選碳棒
(1)單液原電池
(2)雙液原電池
電解質：CuCl2溶液
電解質：CuCl2溶液、FeCl2溶液
Fe
C
CuCl2溶液
CuCl2溶液
FeCl2溶液
Fe
C
負極：Fe－2e-＝ Fe 2+（氧化反應）
正極：Cu2+＋2e-＝Cu（還原反應）
【環節三 化腐朽為神奇--從金屬腐蝕到原電池的設計】
1、加快氧化還原反應的速率
2、比較金屬活動性強弱
【環節四 ：原電池原理的應用】
如有兩種金屬A和B，用導線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負極，B作正極，即可以斷定金屬活動性：A>B。
3.原電池的應用--從金屬腐蝕到防護
金屬腐蝕的實質:M-ne-=Mn+
從原電池的視角，如何保護金屬使其不發生電化學腐蝕
將碳棒換成比Fe更活潑的金屬，如Zn
如何證明裝置中沒有 Fe2+ 產生
取少量Fe電極區溶液于試管中，再向試管中滴入2滴KFe(CN)(鐵氰化鉀)溶液，若無藍色沉淀生成，則說明沒有Fe2+生成。
1、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
【課堂檢測】
2、用銅片、銀片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的U形管）構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是（ ）
①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極
②正極反應為：Ag++e-=Ag
③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發生的化學反應與該原電池反應相同
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
C
原 電 池
一、單液原電池
二、雙液原電池及其工作原理
鹽橋作用：1、連通電路 2、平衡電荷
缺點：電流不穩定
優點：電流穩定
缺點：電流小
優點：電流大且穩定
三、原電池的電極反應式的書寫
四、原電池的應用
課堂小結

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