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第一节 原电池
第一课时 原电池的工作原理
第四章 化学反应与电能
【考纲要求】
认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
了解原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
你看过传说中的“水果电池”吗？
电池在日常生活中的应用随处可见
视频：水果电池
1.原电池的电极：
电子流出的电极叫“负极”
电子流入的电极叫“正极”
2.电极反应式：
负极：Zn－2e－=Zn2＋ 氧化反应
正极：2H＋＋2e－=H2↑ 还原反应
电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
3.电子流向：负极→导线→正极
4.电流方向：与电子流向相反
5.离子移向：阳离子→正极
阴离子→负极
【知识回顾】必修二
稀H2SO4
1.自发的氧化还原反应（一反应，这是前提）
2.两种活泼性不同的电极（两极）
3.电解质溶液（或熔融电解质）（一液）
4.形成闭合回路（一回路）
原电池构成条件
口诀：两极一液一回路一反应，
阳正阴负，负失正得
【知识回顾】必修二
原电池正、负极的判断
要想使氧化还原反应释放的能量直接转变为电能，就要设计一种装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使其间的电子转移，在一定条件下形成电流。
为了使用方便，还需要把可产生的电能以化学能的形式储存起来。化学电源就是这样的一种装置。
这种装置可以将氧化还原反应体系的能量储存起来，类似于水库的蓄存水能。
设计原电池的理论基础
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一．原电池原理 (以锌铜原电池为例)
1．概念和实质
(1)概念：将化学能转化为电能的装置。
(2)实质：利用能自发进行的氧化还原反应把化学能转化为电能。
工作原理 （反应方程式） 负极（Zn）
正极（Cu）
总反应离子方程式： 。
电子移动方向 由 极经导线流向 极（电流方向相反）。
离子移动方向 阳离子向 极移动，阴离子向 极移动。
Zn - 2e- === Zn2+
2H+ + 2e- === H2↑
Zn + 2H+ === Zn2+ + H2↑
负 正
正 负
一．原电池原理
单液电池：锌 — 铜 — 稀硫酸 原电池
存在的问题：
这种原电池中，氧化反应和还原反应并没有完全隔开，如锌与其接触的稀硫酸发生反应，电流会逐渐衰减。
2．单液电池(锌 — 铜 — 硫酸铜 原电池)
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
Cu
Zn
负极
正极
Zn－ 2e－＝Zn2＋
电子流出,电流流入
发生氧化反应
阴离子移向负极
Cu2＋＋2e－＝Cu
电流流出,电子流入
发生还原反应
阳离子移向正极
3．实验4-1：双液电池
将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接
盐桥：装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子可以在其中自由移动。
视频：锌铜双液电池
4．双液电池的工作原理
　　　
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
Cu
Zn
K+
Cl－
K+
K+
Cl－
Cl－
K+
K+
Cl－
Cl－
Cl－
Cl－
Cl－
K+
负极
正极
Zn－ 2e－＝Zn2＋
电子流出,电流流入
发生氧化反应
阴离子移向负极
Cu2＋＋2e－＝Cu
电流流出,电子流入
发生还原反应
阳离子移向正极
盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区
回顾．单液电池的工作原理
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
Cu
Zn
负极
正极
Zn－ 2e－＝Zn2＋
电子流出,电流流入
发生氧化反应
阴离子移向负极
Cu2＋＋2e－＝Cu
电流流出,电子流入
发生还原反应
阳离子移向正极
3．盐桥的作用：
(1)连接两个电解质溶液，形成闭合回路。
(2)通过盐桥中离子的定向移动，平衡电荷，使连接的两溶液保持电中性。
(3)将两个半电池完全隔开，避免电极与电解质溶液直接反应，减少副反应。
(4)消除液接电位***，避免了阴阳离子相向运动摩擦、吸引排斥产生的热效应，让电流更多更稳定，提高原电池的工作效率。
【典例1】有关如图所示原电池(盐桥中吸附有KNO3饱和溶液)的叙述不正确的是(　 　)
A．盐桥中的K＋向Cu片移动
B．电子沿导线由Cu片流向Ag片
C．正极的电极反应是Ag＋＋e－==Ag
D．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应
【答案】A
二．原电池的应用
1．加快氧化还原反应的速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。
例如，在Zn与稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液，Zn表面会生成少量的Cu，从而形成无数个Cu－Zn - H2SO4微型原电池，加快产生H2的速率。
2．比较金属活动性强弱
例如，有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。
则：金属___是负极，金属___是正极；
金属活动性：______。
a
b
a ＞ b
3.金属的防护——牺牲阳极的阴极保护法
牺牲阳极的阴极保护法，又称牺牲阳极保护法。从原电池的角度看，其本质上是牺牲负极，保护正极。
通常是将还原性较强的金属与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极，发生氧化反应被消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。
4．设计原电池
理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。
举个例子
将2Fe3+＋Cu === 2Fe2+＋Cu2+设计成原电池。
(a)外电路
负极：化合价升高的物质
正极：活泼性弱的物质，一般选碳棒
(b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。
如：2FeCl3＋Cu === 2FeCl2＋CuCl2
【典例2】设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
（1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：___________________________________。
（2）若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极：_________________
②正极：_________________。
（3）画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
2Fe3＋＋Cu === 2Fe2＋＋Cu2＋
Cu-2e- === Cu2＋
2Fe3＋＋2e- === 2Fe2＋
知识点都掌握了吗？来做几道题检测下~
效果检测
1．如图所示，下列对于该原电池的叙述正确的是( )
A．铜是负极，铜片上有气泡产生
B．铜片质量逐渐减小
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．氢离子在铜片表面被还原
【答案】D
2．下列装置中，电流表指针会发生偏转的是
A． B． C． D．
【答案】D
3．下列关于原电池的叙述中正确的是( )
A．正极和负极必须是两种不同的金属
B．原电池是把化学能转化成电能的装置
C．原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应
D．锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5g锌溶解，正极就有0.1g氢气生成
【答案】B
4．把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，外电路的电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，d极逐渐溶解，则四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）
A．a>b>c>d B．a>c>d>b C．c>a>d>b D．b>d>c>a
【答案】B
5．NO2是大气的主要污染物之一，某研究小组设计如图所示的装置对NO2进行回收利用，装置中a、b均为多孔石墨电极。下列说法错误的是
A．a为电池的负极，发生氧化反应
B．电子流向a电极→用电器→b电极→溶液→a电极
C．一段时间后，a极附近HNO3浓度增大
D．电池总反应为4NO2+O2+2H2O=4HNO3
【答案】B
【变2】控制适合的条件，将反应
2Fe3＋＋2I- 2Fe2＋＋I2 设计成如下图所示的原电池。下列判断错误的是
A．反应开始时，甲中的石墨电极为正极
B．反应开始时，乙中的石墨电极上I-发生氧化反应
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙
中的石墨电极为负极
D
题型一：原电池的工作原理
【变3-1】高密度储能电池锌溴电池如图所示，放电时总反应为Zn+Br2=ZnBr2。下列说法错误的是
A．放电时，电极M为正极
B．放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+
C．充电时，ZnBr2溶液的浓度增大
D．充电时，每转移2mole-，理论上有1molZn2+
通过离子交换膜从左向右扩散
C
题型二：带离子交换膜的原电池
【例5】3.25 g锌与100 mL 1 mol·L-1的稀硫酸反应，为了加快反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是
A．滴加几滴浓盐酸 B．滴加几滴浓硝酸
C．滴加几滴硫酸铜溶液 D．加入少量锌粒
A
题型三：原电池的应用
【变6】设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
（1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：___________。
（2）若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极：___________
②正极：___________。
（3）画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥 ②含盐桥
题型三：原电池的应用
【答案】（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋
（2） Cu-2e-=Cu2＋ 2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋

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