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第一節(jié) 原電池
第一課時 原電池的工作原理
第四章 化學(xué)反應(yīng)與電能
【考綱要求】
認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用。
了解原電池的工作原理，能設(shè)計簡單的原電池。
你看過傳說中的“水果電池”嗎？
電池在日常生活中的應(yīng)用隨處可見
視頻：水果電池
1.原電池的電極：
電子流出的電極叫“負(fù)極”
電子流入的電極叫“正極”
2.電極反應(yīng)式：
負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋ 氧化反應(yīng)
正極：2H＋＋2e－=H2↑ 還原反應(yīng)
電池總反應(yīng)：Zn+2H+=Zn2++H2↑
3.電子流向：負(fù)極→導(dǎo)線→正極
4.電流方向：與電子流向相反
5.離子移向：陽離子→正極
陰離子→負(fù)極
【知識回顧】必修二
稀H2SO4
1.自發(fā)的氧化還原反應(yīng)（一反應(yīng)，這是前提）
2.兩種活潑性不同的電極（兩極）
3.電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）（一液）
4.形成閉合回路（一回路）
原電池構(gòu)成條件
口訣：兩極一液一回路一反應(yīng)，
陽正陰負(fù)，負(fù)失正得
【知識回顧】必修二
原電池正、負(fù)極的判斷
要想使氧化還原反應(yīng)釋放的能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，就要設(shè)計一種裝置，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個不同的區(qū)域進(jìn)行，并使其間的電子轉(zhuǎn)移，在一定條件下形成電流。
為了使用方便，還需要把可產(chǎn)生的電能以化學(xué)能的形式儲存起來?；瘜W(xué)電源就是這樣的一種裝置。
這種裝置可以將氧化還原反應(yīng)體系的能量儲存起來，類似于水庫的蓄存水能。
設(shè)計原電池的理論基礎(chǔ)
資料卡片
知識導(dǎo)航
一．原電池原理 (以鋅銅原電池為例)
1．概念和實(shí)質(zhì)
(1)概念：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
(2)實(shí)質(zhì)：利用能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
工作原理 （反應(yīng)方程式） 負(fù)極（Zn）
正極（Cu）
總反應(yīng)離子方程式： 。
電子移動方向 由 極經(jīng)導(dǎo)線流向 極（電流方向相反）。
離子移動方向 陽離子向 極移動，陰離子向 極移動。
Zn - 2e- === Zn2+
2H+ + 2e- === H2↑
Zn + 2H+ === Zn2+ + H2↑
負(fù) 正
正 負(fù)
一．原電池原理
單液電池：鋅 — 銅 — 稀硫酸 原電池
存在的問題：
這種原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)并沒有完全隔開，如鋅與其接觸的稀硫酸發(fā)生反應(yīng)，電流會逐漸衰減。
2．單液電池(鋅 — 銅 — 硫酸銅 原電池)
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
Cu
Zn
負(fù)極
正極
Zn－ 2e－＝Zn2＋
電子流出,電流流入
發(fā)生氧化反應(yīng)
陰離子移向負(fù)極
Cu2＋＋2e－＝Cu
電流流出,電子流入
發(fā)生還原反應(yīng)
陽離子移向正極
3．實(shí)驗4-1：雙液電池
將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液用一個鹽橋連接
鹽橋：裝有含KCl飽和溶液的瓊脂，離子可以在其中自由移動。
視頻：鋅銅雙液電池
4．雙液電池的工作原理
　　　
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
Cu
Zn
K+
Cl－
K+
K+
Cl－
Cl－
K+
K+
Cl－
Cl－
Cl－
Cl－
Cl－
K+
負(fù)極
正極
Zn－ 2e－＝Zn2＋
電子流出,電流流入
發(fā)生氧化反應(yīng)
陰離子移向負(fù)極
Cu2＋＋2e－＝Cu
電流流出,電子流入
發(fā)生還原反應(yīng)
陽離子移向正極
鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)
回顧．單液電池的工作原理
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
Cu
Zn
負(fù)極
正極
Zn－ 2e－＝Zn2＋
電子流出,電流流入
發(fā)生氧化反應(yīng)
陰離子移向負(fù)極
Cu2＋＋2e－＝Cu
電流流出,電子流入
發(fā)生還原反應(yīng)
陽離子移向正極
3．鹽橋的作用：
(1)連接兩個電解質(zhì)溶液，形成閉合回路。
(2)通過鹽橋中離子的定向移動，平衡電荷，使連接的兩溶液保持電中性。
(3)將兩個半電池完全隔開，避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，減少副反應(yīng)。
(4)消除液接電位***，避免了陰陽離子相向運(yùn)動摩擦、吸引排斥產(chǎn)生的熱效應(yīng)，讓電流更多更穩(wěn)定，提高原電池的工作效率。
【典例1】有關(guān)如圖所示原電池(鹽橋中吸附有KNO3飽和溶液)的敘述不正確的是(　 　)
A．鹽橋中的K＋向Cu片移動
B．電子沿導(dǎo)線由Cu片流向Ag片
C．正極的電極反應(yīng)是Ag＋＋e－==Ag
D．Cu片上發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag片上發(fā)生還原反應(yīng)
【答案】A
二．原電池的應(yīng)用
1．加快氧化還原反應(yīng)的速率
構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。
例如，在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時，加入少量CuSO4溶液，Zn表面會生成少量的Cu，從而形成無數(shù)個Cu－Zn - H2SO4微型原電池，加快產(chǎn)生H2的速率。
2．比較金屬活動性強(qiáng)弱
例如，有兩種金屬a和b，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。
則：金屬___是負(fù)極，金屬___是正極；
金屬活動性：______。
a
b
a ＞ b
3.金屬的防護(hù)——犧牲陽極的陰極保護(hù)法
犧牲陽極的陰極保護(hù)法，又稱犧牲陽極保護(hù)法。從原電池的角度看，其本質(zhì)上是犧牲負(fù)極，保護(hù)正極。
通常是將還原性較強(qiáng)的金屬與被保護(hù)金屬相連構(gòu)成原電池，還原性較強(qiáng)的金屬將作為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)被消耗，被保護(hù)的金屬作為正極就可以避免腐蝕。
4．設(shè)計原電池
理論上，任何一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，都可以設(shè)計成原電池。
舉個例子
將2Fe3+＋Cu === 2Fe2+＋Cu2+設(shè)計成原電池。
(a)外電路
負(fù)極：化合價升高的物質(zhì)
正極：活潑性弱的物質(zhì)，一般選碳棒
(b)內(nèi)電路：化合價降低的物質(zhì)作電解質(zhì)溶液。
如：2FeCl3＋Cu === 2FeCl2＋CuCl2
【典例2】設(shè)計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。
（1）寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：___________________________________。
（2）若要將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，電極反應(yīng)式分別是：
①負(fù)極：_________________
②正極：_________________。
（3）畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：
2Fe3＋＋Cu === 2Fe2＋＋Cu2＋
Cu-2e- === Cu2＋
2Fe3＋＋2e- === 2Fe2＋
知識點(diǎn)都掌握了嗎？來做幾道題檢測下~
效果檢測
1．如圖所示，下列對于該原電池的敘述正確的是( )
A．銅是負(fù)極，銅片上有氣泡產(chǎn)生
B．銅片質(zhì)量逐漸減小
C．電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片
D．氫離子在銅片表面被還原
【答案】D
2．下列裝置中，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是
A． B． C． D．
【答案】D
3．下列關(guān)于原電池的敘述中正確的是( )
A．正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬
B．原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置
C．原電池工作時，正極和負(fù)極上發(fā)生的都是氧化還原反應(yīng)
D．鋅、銅和鹽酸構(gòu)成的原電池工作時，鋅片上有6.5g鋅溶解，正極就有0.1g氫氣生成
【答案】B
4．把a(bǔ)、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(fù)極；c、d相連時，外電路的電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時，d極逐漸溶解，則四種金屬的活動性由強(qiáng)到弱的順序為（ ）
A．a(chǎn)>b>c>d B．a(chǎn)>c>d>b C．c>a>d>b D．b>d>c>a
【答案】B
5．NO2是大氣的主要污染物之一，某研究小組設(shè)計如圖所示的裝置對NO2進(jìn)行回收利用，裝置中a、b均為多孔石墨電極。下列說法錯誤的是
A．a(chǎn)為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B．電子流向a電極→用電器→b電極→溶液→a電極
C．一段時間后，a極附近HNO3濃度增大
D．電池總反應(yīng)為4NO2+O2+2H2O=4HNO3
【答案】B
【變2】控制適合的條件，將反應(yīng)
2Fe3＋＋2I- 2Fe2＋＋I(xiàn)2 設(shè)計成如下圖所示的原電池。下列判斷錯誤的是
A．反應(yīng)開始時，甲中的石墨電極為正極
B．反應(yīng)開始時，乙中的石墨電極上I-發(fā)生氧化反應(yīng)
C．電流計讀數(shù)為零時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)
D．電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙
中的石墨電極為負(fù)極
D
題型一：原電池的工作原理
【變3-1】高密度儲能電池鋅溴電池如圖所示，放電時總反應(yīng)為Zn+Br2=ZnBr2。下列說法錯誤的是
A．放電時，電極M為正極
B．放電時，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+
C．充電時，ZnBr2溶液的濃度增大
D．充電時，每轉(zhuǎn)移2mole-，理論上有1molZn2+
通過離子交換膜從左向右擴(kuò)散
C
題型二：帶離子交換膜的原電池
【例5】3.25 g鋅與100 mL 1 mol·L-1的稀硫酸反應(yīng)，為了加快反應(yīng)速率而不改變H2的產(chǎn)量，可采取的措施是
A．滴加幾滴濃鹽酸 B．滴加幾滴濃硝酸
C．滴加幾滴硫酸銅溶液 D．加入少量鋅粒
A
題型三：原電池的應(yīng)用
【變6】設(shè)計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。
（1）寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：___________。
（2）若要將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，電極反應(yīng)式分別是：
①負(fù)極：___________
②正極：___________。
（3）畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：
①不含鹽橋 ②含鹽橋
題型三：原電池的應(yīng)用
【答案】（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋
（2） Cu-2e-=Cu2＋ 2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋

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