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(共32張PPT)
選 擇 性 必 修 一
學
化
J
S
第二單元 化學能與電能的轉化
1 原電池的工作原理
請回顧必修第二冊所學的原電池，討論其裝置特點。
溫故知新
1.原電池構成的條件
（1）有能自發進行的氧化還原反應
（2）活動性不同的兩導體作電極：
①活動性不同的金屬或非金屬導體（如石墨）
②兩相同的導體（如Pt黑）但吸附有不同的物質導致其活動性不同
（3）有電解質溶液；
（4）形成閉合回路
電解質溶液
失e-，沿導線流向正極
負極
正極
氧化反應
還原反應
2.原電池工作原理
陰離子
陽離子
書寫該原電池的電極反應式：
Zn－2e-＝ Zn2+
Cu2+ + 2e-＝Cu
負極
正極
Zn+ Cu2+ ＝Zn2++ Cu
電池反應
電極材料與電解質溶液接觸，即沒有將氧化劑與還原劑分開，不易控制
工作時，鋅片也和硫酸銅反應，生成銅單質，原電池的電動勢很快降低，電壓不穩定
CuSO4溶液
原因：
該原電池在工作中有何缺點？
如何改進缺點？
CuSO4溶液
將氧化劑和還原劑分開，鋅片與硫酸銅不直接接觸
在化學必修內容學習的基礎上，我們通過下列實驗進一步研究原電池的工作原理。
實驗探究
完成下列實驗探究活動，分析鋅與硫酸銅溶液反應中的能量轉化。
【實驗1】向一只燒杯中加入1.0 mol·L－1 CuSO4溶液30 mL，再加入適量鋅粉，用溫度計測量溶液的溫度，觀察溫度的變化。
【實驗2】如圖1-8，向兩只燒杯
中分別加入30 mL 1.0 mol·L－1CuSO4
溶液和30 mL 1.0 mol·L－1 ZnSO4溶液，
將用導線與電流計相連接的鋅片和銅片分別插入ZnSO4和CuSO4溶液中，將鹽橋（注：鹽橋中通常是裝有含KCl飽和溶液的瓊脂，離子在鹽橋中能移動）兩端分別插入兩只燒杯內的電解質溶液中，觀察實驗現象。取出鹽橋，再觀察實驗現象。
1、如果按下圖所示, 將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液分別通過導線與電流計連接，會形成原電池嗎？為什么？
ZnSO4
Zn Cu
CuSO4
A
【思考】
不會有電流產生，因為沒有形成閉合回路。
2、在連個燒杯之間加一個聯通裝置，觀察現象。
ZnSO4
Zn Cu
H2SO4
A
有穩定的電流產生，形成原電池裝置。
聯通兩個燒杯的裝置，叫做鹽橋。
鹽橋的作用？
1、導電，形成閉合回路。
2、提供離子，平衡電荷。
注意：若撤去鹽橋或將鹽橋換成導線，則不能構成閉合回路。
1. 分析圖1-9，寫出實驗2中發生反應的化學方程式和離子方程式。
2. 指出實驗1和實驗2中能量變化的主要形式。
金屬鋅與硫酸銅溶液的反應為：
Zn(s)＋Cu2＋(aq) =Zn2＋(aq) ＋Cu(s) ΔH=－216.81 kJ·mol－1
在通常情況下，該反應過程中化學能轉化為熱能。如果該反應在原電池中進行，化學能將轉化為電能。
在如圖1-8的銅鋅原電池中，鋅片為負極，Zn失去電子，被氧化成Zn2＋ 進入ZnSO4溶液，鋅片逐漸溶解。負極的電極反應式如下：
Zn－2e－=Zn2+
銅片為正極，鋅片上釋放的電子經過導線流向銅片，CuSO4溶液中的Cu2＋從銅片上得到電子，被還原成金屬銅并沉積在銅片上。正極的電極反應式如下：
Cu2＋＋2e－=Cu
在反應中，鹽橋中的Cl－移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液，使兩電解質溶液均保持電中性，氧化還原反應得以繼續進行。銅鋅原電池中發生的電池總反應式為：
從上述實驗可以看出，原電池由兩個半電池組成。半電池包括電極材料和電解質溶液，兩個隔離的半電池通過鹽橋連接起來。在原電池中，負極上發生氧化反應，給出電子；正極上發生還原反應，得到電子。電流通過導線由原電池的正極流向負極，即電子由負極流向正極。
雙液原電池的工作原理
ZnSO4
Zn Cu
H2SO4
A
負極
Zn－2e-＝ Zn2+
e-
e-
Cu2+ + 2e-＝Cu
正極
Zn2+
Cl-
K+
Cu2+
陽離子→正極
陰離子→負極
Cl－→負極
K+→正極
實驗探究
根據離子反應Cu2＋＋Fe=Cu＋Fe2＋設計一個原電池，并與同學討論解決下列問題。
1. 畫出原電池構造示意圖，并指出正、負極。
2. 寫出該原電池的電極反應式。
負極：
正極：
3. 參考畫出的示意圖，制作原電池并檢測電流。
4. 你還能設計其他原電池嗎？將你的設計方案與同學交流。
①將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作原電池的負極和正極的電極反應式
②確定電極材料
負極：Fe－2e-====Fe2+
正極：Cu2+ +2e-==Cu
先確定負極材料，負極材料一般是對應的金屬單質。
然后再確定正極材料。正極材料沒有負極活潑。
③確定電解質溶液
電解質溶液一般要能夠與負極發生反應。
④構成閉合回路
CuSO4溶液
Fe
FeSO4
Fe Cu
CuSO4
A
1.下列敘述中，可以說明金屬甲比金屬乙活潑性強的是( )
C.用甲、乙作電極組成原電池時，甲作負極
A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲上有H2放出
B.在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多
D.同價態的陽離子，甲比乙的氧化性強
C
課堂訓練
2.依據氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池如圖所示。
請回答下列問題：
(1)電極X的材料是________；
電解質溶液Y是___________；
(2)銀電極為電池的________極，
發生的電極反應為_________________
X電極上發生的電極反應為_________________；
(3)外電路中的電子是從_______電極流向________電極。
銅(或Cu)
AgNO3溶液
正
Ag＋＋e－ = Ag
Cu -2e－ = Cu2＋
負(Cu)
正(Ag)
鹽橋
X
Y
CuSO4溶液
電流計
Ag
A
3.判斷下列原電池的正、負極，并寫出電極反應式和電池反應式。
【思考】
　1、越活潑的金屬一定作負極嗎？
2、歸納電極反應式的書寫方法
負極：2Al+8OH－－6e-==2AlO2-+4H2O
正極：6H2O+6e-==6OH- +3H2↑
總反應：2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑
稀硫酸
負極： Mg－2e-==Mg2+
正極： 2H++2e-==H2↑
總反應：Mg+2H+==Mg2++H2↑
原電池正、負極的判斷方法：
（1）根據組成原電池兩極的材料判斷：
（2）根據現象判斷：
一般溶解的一極為負極；增重或有氣泡放出的為正極。
（3）根據兩極的反應判斷：
發生氧化反應的為負極；發生還原反應的為正極。
（4）根據電流方向或電子流動方向判斷：
（5）根據電解質溶液內離子的定向移動判斷：
看
觀
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