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第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
第1课时 原电池的工作原理
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。
任务一 原电池工作原理
总反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑。
注意：电子不下水，离子不上岸。
稀硫酸
锌片
铜片
Zn－2e－=Zn2+
氧化反应
负极
发生溶解
2H++2e－=H2↑
还原反应
正极
产生气泡
外电路
内电路
负极 沿导线 正极
正极 沿导线 负极
电子流向：
电流方向：
阳离子 正极
阴离子 负极
定义：将化学能转化成电能的装置
工作原理：
任务一 原电池工作原理
①两极：一般为两种活泼性不同的金属（或一种金属与非金属导体，石墨）
②一液：电解质溶液，或熔融电解质（酒精、蔗糖、CCl4不是电解质）
③一线：用导线相连（或直接接触）
④一反应：自发的氧化还原反应
原电池构成要素：
负极氧化反应、正极还原反应
电极反应：
电子导体：
外电路，实现电子定向转移
离子导体：
内电路，实现离子定向迁移
闭合回路
任务一 原电池工作原理
原电池正负极判断方法：
任务一 原电池工作原理
单液原电池的缺点：
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
关键问题：
Zn与CuSO4溶液不能接触
现象：
电流表指针不偏转
单液原电池的改进：
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。
任务二 双液原电池
任务二 双液原电池
实验：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。
现象：
有盐桥存在时电流表指针偏移
铜片表面有铜析出
锌片逐渐溶解
随着时间的延续，能产生持续稳定的电流
取出盐桥无电流产生
双液原电池:把氧化和还原反应完全隔离，在不同区域之间实现电子的定向移动；能持续、稳定地产生电流；最大限度地将化学能转化为电能。
任务二 双液原电池
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
电流较小，电流稳定，转化效率高
电流较大，衰减快，转化效率低
思考：双液原电池电流弱的原因是什么？
改进
缩短盐桥的长度，增大盐桥的横截面积
能否用一张薄薄的隔膜代替盐桥呢？
①离子运动的距离长
②离子运动的通道窄
③离子容量小
改进
任务三 隔膜原电池
任务三 隔膜原电池
阳离子交换膜：只允许阳离子通过
阴离子交换膜：只允许阴离子通过
质子交换膜：只允许H+通过
隔膜的作用
将两电极区隔离，防止反应
选择性通过离子，平衡电荷、形成闭合回路
分离物质或除杂
隔膜
类型
阳离子交换膜
阴离子交换膜
质子交换膜
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。
课堂练习
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
知识总结
名称 单液原电池 双液原电池 隔膜原电池
优点
缺点
装置
电流强
1.能量转化率低
2.氧化剂与还原剂直接接触，寿命短
1.内阻大，电流弱
2.盐桥需要定期更换
1.能量转化率高
2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长
1.能量转化率高
2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长
3.内阻小，电流强
任务四 原电池的应用
1.加快氧化还原反应的速率
(1)原理：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的干扰减小，使反应速率增大。
(2)实例：实验室用 Zn 和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
2.比较金属活动性（保护金属）
(1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
(2)实例：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。由原电池原理可知，金属活动性：A＞B
A＞B
任务四 原电池的应用
A＞B
3.设计原电池
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂。
一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
(2)选择合适的材料。
①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。
课堂练习
A＞B
请根据反应 2Fe3+ + Fe = 3 Fe2+设计原电池，你有哪些可行方案
提示：先写出正负极电极反应，再选取负极、正极材料、电解质溶液等
（负极）Fe
负极反应: Fe -2e-=Fe2+
正极反应: 2Fe3++2e-=2Fe2+
负极材料：Fe
电解质溶液：含Fe3+的盐溶液
正极材料：比Fe更不活泼的金属或石墨等

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