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高二化学 选择性必修一
第四章 化学反应与电能
原电池
第一课时 原电池的工作原理
4.1.1 原电池的工作原理
【情境探究】
格林太太发生了一次车祸，碰掉了两颗牙。她为了赶时髦，就镶了一颗金牙和一颗不锈钢牙。谁知，她从此种下了祸根。格林太太常常觉得舌头发麻，晚上头痛难眠。她虽然四处求医，但都没有治好。这是为什么？
【旧知回顾】
什么是原电池？
铜锌原电池的正负极材料与反应物分别是什么？
请分别书写正负极反应方程式，并标明反应类型。
请描述电子的流向。
请描述电流的方向。
请描述离子的移动方向。
4.1.1 原电池的工作原理
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn－2e－=Zn2+
氧化反应
还原反应
负极
正极
阳离子
阴离子
SO42-
发生溶解
产生气泡
原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
电子流向：
负极 沿导线 正极
电流方向：
正极 沿导线 负极
外电路：
内电路：
阴离子 负极
阳离子 正极
外电路
内电路
2H++2e－=H2↑
负氧正还
阳正阴负
注意：电子不下水，离子不上岸
4.1.1 原电池的工作原理
【旧知回顾】
构成原电池的条件
（1）自发进行的氧化还原反应；
（2）两个活动性不同的电极；
（3）电解质溶液（或熔融电解质）；
（4）形成闭合回路
【旧知回顾】
外电路：导线作电子导体
内电路：电解质溶液作离子导体
4.1.1 原电池的工作原理
观察实验现象，分析可能原因：
4.1.1 原电池的工作原理
一、铜锌原电池工作原理的再探究
4.1.1 原电池的工作原理
一、铜锌原电池工作原理的再探究
铜片、锌片表面均附着红色固体，
电流表指针偏转，但电流不稳定，且逐渐衰减。
【实验现象】
Zn片
【原因分析】
现象
原因
锌片表面附着红色固体
电流逐渐衰减
Zn与Cu2+直接接触发生反应；
锌与CuSO4溶液的接触面积减少，电流逐渐衰减
Cu片
4.1.1 原电池的工作原理
一、铜锌原电池工作原理的再探究
该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？
还原剂Zn 与 氧化剂CuSO4 不直接接触
解决问题的关键：
4.1.1 原电池的工作原理
一、铜锌原电池工作原理的再探究
为什么没有电流？该如何解决？
两个溶液间缺少离子导体，
无法形成闭合回路。
盐桥
一种凝胶态的离子导体
盐桥中通常装有: 含KCl饱和溶液的琼脂， K+和Cl-可在其中自由移动。
琼脂的作用：固定作用，防止KCl溶液直接流出
4.1.1 原电池的工作原理
二、双液电池和盐桥
实验探究
A
e-
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
+
Zn
Cu
电流表
盐桥
图4-1锌铜原电池示意图
如图4-1所示，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起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察电流表的指针有何变化。
【实验4-1】
4.1.1 原电池的工作原理
二、双液电池和盐桥
1、注明原电池的组成。
2、标明氧化反应和还原反应发生区域。
3、标明电子的运动方向和阴阳离子的迁移方向。
请同学们结合图4-1绘制原电池工作原理的示意图，并与同学交流。示意图要求包括以下内容
思考与讨论
A
e-
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
+
Zn
Cu
电流表
盐桥
图4-1锌铜原电池示意图
4.1.1 原电池的工作原理
二、双液电池和盐桥
K＋
Cl-
e-
Zn2+
Zn
Cu2＋
Cu
双液原电池工作原理
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
发生氧化反应
发生还原反应
负极
正极
盐桥的作用：
（1）形成闭合回路；
（2）平衡电荷，使溶液呈电中性；
（3）持续稳定的产生电流，提高能量转换率
盐桥
4.1.1 原电池的工作原理
二、双液电池和盐桥
思考与讨论
电池工作时，装置中各物质或材料的作用是什么？
A
e-
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
+
Zn
Cu
电流表
盐桥
图4-1锌铜原电池示意图
电极材料
电极反应物 电极材料
电极反应物 离子导体
离子导体
离子导体
电子导体
双液原电池解决了电池自损耗的问题
优点：电流稳定 不足：电流小
为什么？
引入盐桥后内阻变大
如何改进？
4.1.1 原电池的工作原理
[拓展] 高中阶段三种常见的离子交换膜：
1、阳离子交换膜：
只允许阳离子通过
3、质子交换膜：
只允许H＋通过
2、阴离子交换膜：
只允许阴离子通过
阴离子交换膜
4.1.1 原电池的工作原理
【课堂练习】
1、下列装置中，能构成原电池的是______(填字母)。
DEF
4.1.1 原电池的工作原理
【课堂练习】
2、锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（ ）
A．电子从锌极经过导线移向铜极
B．铜电极上发生反应
C．电池工作一段时间后，乙池的 减小
D．电池工作一段时间后，甲池的 增加
A
4.1.1 原电池的工作原理
三、原电池的应用
应用一 加快化学反应速率
原因：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减少，打破静电屏蔽效应，电子得以顺利从负极沿导线移向正极，使得反应速率增大。
4.1.1 原电池的工作原理
三、原电池的应用
应用二 比较金属活动性强弱
有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
?
?
?
?
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增加
b极有气体产生，c极无变化
d极溶解，c极有气体产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是___________。
d＞a＞b＞c
4.1.1 原电池的工作原理
三、原电池的应用
应用三 设计原电池
将氧化还原反应:2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，设计成带盐桥的原电池。
Cu－2e－===Cu2＋负
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋正
定反应 拆两半
化合价升高的物质作负极：铜；活泼性弱的作正极材料
找材料
化合价降低的物质作电解质溶液
闭合回路
画装置图
4.1.1 原电池的工作原理
四、原电池电极反应式书写
判断正负极写出总反应式及电极反应式
【例题】
负极(铜)：Cu - 2e- = Cu2+
正极(银)：2Ag+ + 2e- = 2Ag
Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag
Cu
Ag
AgNO3
C
Fe
CuSO4
正极(石墨)：Cu2++2e－=Cu
负极(铁)：Fe －2e － = Fe2+
Fe ＋ Cu2+＝Fe2＋＋ Cu
作差法
4.1.1 原电池的工作原理
四、原电池电极反应式书写
Mg Al
NaOH溶液
A
(－)
(＋)
[练习1] 请写出右边原电池的电极反应式。
四步法
负 极：
Al ＝[Al(OH)4]-
一步：判断正负极
二步：
三步：
四步：
Al－3e－ ＝ [Al(OH)4]-
Al－3e－ +4OH- ＝ [Al(OH)4]-
正 极：
2H2O ＋2e－ ＝2OH—＋ H2↑
总反应：
2Al + 6H2O + 2 OH－ = 2 [Al(OH)4]- + 3H2↑
×2
×3
6.1.3 电极反应式的书写 化学电源
二、电极反应式的书写
四步法——电极反应式书写方法：
【归纳总结】
判
找
标
配
准确找出电极反应物和电极产物
准确判断电池的正、负极
根据有关元素化合价变化标出电子得失数目
根据环境配平电荷，最后根据原子个数配平电极反应式
4.1.1 原电池的工作原理
【课堂练习】
1、基础原电池
(1)锌(A)－铜(B)－H2SO4溶液(C)
负极：_______________；
正极：_________________；
总反应：_______________________。
(2)Mg(A)－Al(B)－盐酸(C)
负极：________________；
正极：__________________；
总反应：________________________。
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
Mg－2e－===Mg2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
(3)铁(A)－铜(B)－FeCl3溶液(C)
负极：______________；
正极：____________________；
总反应：__________________。
Fe－2e－===Fe2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
4.1.1 原电池的工作原理
【课堂练习】
2、带盐桥的原电池
某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。
(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，写出电极名称及对应的电极反应式：
Al片(　　)____________________，
Cu片(　　)____________________。
负极
2Al－6e－===2Al3＋
正极
6H＋＋6e－===3H2↑
正极
负极
Cu－2e－===Cu2＋
2NO3?+4H++2e－===2NO2↑+2H2O
?
(2)若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液，
写出电极名称及对应的电极反应式：
Al片( 　　)___________________________________，
Cu片(　 　)___________________。
4.1.1 原电池的工作原理
【课堂小结】
原 电 池
一、原电池工作原理 盐桥作用：1、连通电路 2、平衡电荷
缺点：电流不稳定
优点：电流稳定
缺点：电流小
优点：电流大且稳定
二、应用思维模型分析或设计原电池
三、电极反应式的书写

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