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原电池的工作原理
第四章 化学反应与电能
原电池的工作原理
学习目标
01
02
03
04
理解双液原电池的工作原理，建立守恒观念
掌握盐桥的作用，认识现代膜电池
建立原电池思维模型，能设计简单的原电池
通过原电池验证氧化还原反应，学会用联系和发展的观点分析问题
课堂导入
燃油车
内燃机
化学能→动能
电动车
电池
电能→动能
废气↓
废热↓
温故知新
两个活性不同的电极
原
电
池
电子流向
离子移向
电解质溶液或熔融电解质
电极反应式
自发的氧化还原反应
闭合回路
反应类型
工作原理
装置
构成四要素
温故知新
原电池的工作原理
电极反应 负极：失去电子，发生氧化反应
正极：得到电子，发生还原反应
电子流向 由负极经过导线流向正极
电流方向 由正极经过导线流向负极
离子移动方向 阳离子向正极移动，阴离子向负极移动
提出问题
按此方法设计的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？
在电池工作的过程中，由于锌片与H2SO4溶液直接接触，很难避免锌片与H2SO4溶液直接反应，在锌片上生成H2，影响能量转化效率。
问题探究
如何避免锌片与电解液直接接触？
锌棒
铜棒
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
盐桥
盐桥中通常装有琼脂凝胶，内含氯化钾或硝酸铵。
盐桥中的离子能够定向移动。通过盐桥可将两个相互隔离的电解质溶液连接起来，传导电流。
两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。
实验探究
锌片溶解，铜片表面附着红色固体,电流表指针偏转，电流稳定。
双液原电池的工作原理
A
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
电子导体
离子导体
负极
正极
还原剂
氧化剂
Zn-2e-=Zn2+
Cu2++2e-=Cu
试利用2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计一个持续、稳定的电流的原电池，画出示意图，写出电极反应。
正极：2Fe3＋＋2e- =2Fe2+
负极：Cu-2e- =Cu2+
盐桥
Cu
C
CuCl2溶液
FeCl3溶液
G
设计原电池
判断依据 负极 正极
不活泼金属或非金属导体
活泼金属
电子流入
电子流出
还原反应
氧化反应
电极增重或产生气体
电极减轻
阳离子流向正极
阴离子流向负极
电流流入
电流流出
电极材料
电子流向
电极反应
电极现象
溶液中离子流向
电流流向
判断正负极
判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况。如：
(1)Al在强碱溶液中比Mg更易失电子，Al作负极、Mg作正极。
(2)Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu更难失电子，Cu作负极、Fe、Al作正极。
注意！！！
判断正负极
1.分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)
A.①②中Mg是负极，③④中Fe是负极
B.②中Mg是正极，电极反应为6H2O+6e- === 6OH-+3H2↑
C.③中Fe是负极，电极反应为Fe-2e- === Fe2+
D.④中Cu是正极，电极反应为2H++2e- === H2↑
B
即时反馈
设计原电池
依据反应2Fe3＋＋2I- = I2＋2Fe2＋，设计原电池，实现化学能转化为电能，并概括设计原电池的一般思路。
还原反应：2Fe3＋＋2e- = 2Fe2＋
氧化反应：2I- - 2e- = I2
（负极）
分析
氧化反应和
还原反应
与电极反应相对应
选择电极材料
选择正极区、负极区的电解液
【思维建模】设计原电池的一般思路
（正极）
负极区
A
正极区
石墨 石墨
KI溶液
FeCl3溶液
反馈训练
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　　　　极流向　　　极。
Cu-2e-=Cu2+
Cu
AgNO3溶液
正
2Ag++2e-=2Ag
负(Cu)
正(Ag)
知识拓展
优点：
①避免锌与硫酸铜直接反应，能量转化率高；
②能提供持续稳定的电流。
锌铜双液原电池
锌铜双液原电池电流检测
通过对锌铜双液原电池的电流进行动态监测，请分析锌铜双液原电池的优缺点。
缺点：
能够提供的电流较小。
盐桥：有效隔离，电阻增大
知识拓展
如何对双液原电池进行改进呢？
缩短盐桥的长度
增大盐桥的横截面积
实验参数 盐桥原电池 琼脂块原电池
平均稳态电流 6.4mA 38.5mA
平均到达稳态时间 1.24s 0.41s
如果用一层薄薄的膜代替盐桥呢？
知识拓展
阴离子交换膜：
只允许阴离子通过
阳离子交换膜：
只允许阳离子通过
质子交换膜：
只允许H+通过
膜电池优点：
1.避免氧化剂与还原剂直接接触2.寿命长3.电阻小4.电流强。
反馈训练
3.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.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后，甲池的c(SO42-)减小
C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，
保持溶液中电荷平衡
C

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