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选 择 性 必 修 一
学
化
J
S
第二单元 化学能与电能的转化
1 原电池的工作原理
请回顾必修第二册所学的原电池，讨论其装置特点。
温故知新
1.原电池构成的条件
（1）有能自发进行的氧化还原反应
（2）活动性不同的两导体作电极：
①活动性不同的金属或非金属导体（如石墨）
②两相同的导体（如Pt黑）但吸附有不同的物质导致其活动性不同
（3）有电解质溶液；
（4）形成闭合回路
电解质溶液
失e-，沿导线流向正极
负极
正极
氧化反应
还原反应
2.原电池工作原理
阴离子
阳离子
书写该原电池的电极反应式：
Zn－2e-＝ Zn2+
Cu2+ + 2e-＝Cu
负极
正极
Zn+ Cu2+ ＝Zn2++ Cu
电池反应
电极材料与电解质溶液接触，即没有将氧化剂与还原剂分开，不易控制
工作时，锌片也和硫酸铜反应，生成铜单质，原电池的电动势很快降低，电压不稳定
CuSO4溶液
原因：
该原电池在工作中有何缺点？
如何改进缺点？
CuSO4溶液
将氧化剂和还原剂分开，锌片与硫酸铜不直接接触
在化学必修内容学习的基础上，我们通过下列实验进一步研究原电池的工作原理。
实验探究
完成下列实验探究活动，分析锌与硫酸铜溶液反应中的能量转化。
【实验1】向一只烧杯中加入1.0 mol·L－1 CuSO4溶液30 mL，再加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度的变化。
【实验2】如图1-8，向两只烧杯
中分别加入30 mL 1.0 mol·L－1CuSO4
溶液和30 mL 1.0 mol·L－1 ZnSO4溶液，
将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSO4和CuSO4溶液中，将盐桥（注：盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子在盐桥中能移动）两端分别插入两只烧杯内的电解质溶液中，观察实验现象。取出盐桥，再观察实验现象。
1、如果按下图所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液分别通过导线与电流计连接，会形成原电池吗？为什么？
ZnSO4
Zn Cu
CuSO4
A
【思考】
不会有电流产生，因为没有形成闭合回路。
2、在连个烧杯之间加一个联通装置，观察现象。
ZnSO4
Zn Cu
H2SO4
A
有稳定的电流产生，形成原电池装置。
联通两个烧杯的装置，叫做盐桥。
盐桥的作用？
1、导电，形成闭合回路。
2、提供离子，平衡电荷。
注意：若撤去盐桥或将盐桥换成导线，则不能构成闭合回路。
1. 分析图1-9，写出实验2中发生反应的化学方程式和离子方程式。
2. 指出实验1和实验2中能量变化的主要形式。
金属锌与硫酸铜溶液的反应为：
Zn(s)＋Cu2＋(aq) =Zn2＋(aq) ＋Cu(s) ΔH=－216.81 kJ·mol－1
在通常情况下，该反应过程中化学能转化为热能。如果该反应在原电池中进行，化学能将转化为电能。
在如图1-8的铜锌原电池中，锌片为负极，Zn失去电子，被氧化成Zn2＋ 进入ZnSO4溶液，锌片逐渐溶解。负极的电极反应式如下：
Zn－2e－=Zn2+
铜片为正极，锌片上释放的电子经过导线流向铜片，CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到电子，被还原成金属铜并沉积在铜片上。正极的电极反应式如下：
Cu2＋＋2e－=Cu
在反应中，盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液，使两电解质溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行。铜锌原电池中发生的电池总反应式为：
从上述实验可以看出，原电池由两个半电池组成。半电池包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。在原电池中，负极上发生氧化反应，给出电子；正极上发生还原反应，得到电子。电流通过导线由原电池的正极流向负极，即电子由负极流向正极。
双液原电池的工作原理
ZnSO4
Zn Cu
H2SO4
A
负极
Zn－2e-＝ Zn2+
e-
e-
Cu2+ + 2e-＝Cu
正极
Zn2+
Cl-
K+
Cu2+
阳离子→正极
阴离子→负极
Cl－→负极
K+→正极
实验探究
根据离子反应Cu2＋＋Fe=Cu＋Fe2＋设计一个原电池，并与同学讨论解决下列问题。
1. 画出原电池构造示意图，并指出正、负极。
2. 写出该原电池的电极反应式。
负极：
正极：
3. 参考画出的示意图，制作原电池并检测电流。
4. 你还能设计其他原电池吗？将你的设计方案与同学交流。
①将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式
②确定电极材料
负极：Fe－2e-====Fe2+
正极：Cu2+ +2e-==Cu
先确定负极材料，负极材料一般是对应的金属单质。
然后再确定正极材料。正极材料没有负极活泼。
③确定电解质溶液
电解质溶液一般要能够与负极发生反应。
④构成闭合回路
CuSO4溶液
Fe
FeSO4
Fe Cu
CuSO4
A
1.下列叙述中，可以说明金属甲比金属乙活泼性强的是( )
C.用甲、乙作电极组成原电池时，甲作负极
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2放出
B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强
C
课堂训练
2.依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题：
(1)电极X的材料是________；
电解质溶液Y是___________；
(2)银电极为电池的________极，
发生的电极反应为_________________
X电极上发生的电极反应为_________________；
(3)外电路中的电子是从_______电极流向________电极。
铜(或Cu)
AgNO3溶液
正
Ag＋＋e－ = Ag
Cu -2e－ = Cu2＋
负(Cu)
正(Ag)
盐桥
X
Y
CuSO4溶液
电流计
Ag
A
3.判断下列原电池的正、负极，并写出电极反应式和电池反应式。
【思考】
　1、越活泼的金属一定作负极吗？
2、归纳电极反应式的书写方法
负极：2Al+8OH－－6e-==2AlO2-+4H2O
正极：6H2O+6e-==6OH- +3H2↑
总反应：2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑
稀硫酸
负极： Mg－2e-==Mg2+
正极： 2H++2e-==H2↑
总反应：Mg+2H+==Mg2++H2↑
原电池正、负极的判断方法：
（1）根据组成原电池两极的材料判断：
（2）根据现象判断：
一般溶解的一极为负极；增重或有气泡放出的为正极。
（3）根据两极的反应判断：
发生氧化反应的为负极；发生还原反应的为正极。
（4）根据电流方向或电子流动方向判断：
（5）根据电解质溶液内离子的定向移动判断：
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观
谢
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